Мільйони смартфонів допомогли скласти найповніші карти іоносфери

Нові карти допоможуть підвищити точність GPS та дозволять фахівцям краще відстежувати космічну погоду. З їх допомогою вчені зможуть точніше проводити короткострокові прогнозування сонячних бур та досліджувати іоносферні обурення, викликані магнітною бурею, які призводять у тому числі до появи аномальних сигналів.

Іоносфера — іонізована частина верхньої атмосфери, розташована на висоті 50-1500 кілометрів. Вона є область розрідженої слабоіонізованої плазми, що складається з нейтральних атомів, вільних електронів, позитивно і негативно заряджених іонів. Ця плазма — ідеальне середовище для поширення та відображення радіохвиль (в основному за рахунок вільних електронів).

Загальний вміст електронів у іоносфері змінюється залежно від космічної погоди. Коли велика кількість електронів зникає з іоносфери, з’являються великі зони, збіднені електронами, що створює перешкоди для сигналів супутникових систем навігації типу GPS або ГЛОНАСС. Тому при визначенні розташування в системі виникають помилки.

Щоб виправити їх, фахівці використовують приймачі високоякісних наземних станцій, які надають карти загального вмісту електронів у іоносфері. Однак ці станції розміщені в різних куточках планети, в тисячах кілометрів одна від одної, і в різних часових поясах, що породжує в даних неточності. Крім того, таке обладнання є не у всіх країнах, а отже, виникає проблема зі складанням повних карток іоносфери. 

Команда американських інженерів програмного забезпечення з Google Search під керівництвом Брайана Вільямса ( Brian Williams ) розробила метод, що дозволяє зробити карти іоносфери більш точними та повними. Про це дослідники розповіли у статті, опублікованій у журналі Nature.

Вільямс та його колеги проаналізували дані з 40 мільйонів смартфонів на базі Android, щоб розрахувати, як рухи потоків заряджених частинок в іоносфері впливають на час проходження радіосигналів між кожним телефоном та супутниками GPS на орбіті. Раніше такий підхід вважався недоцільним, оскільки телефони створюють перешкоди у 30 разів більше, ніж спеціальні станції GPS-моніторингу.

Дослідники обійшли цю проблему, об’єднавши дані з приймачів смартфонів (у телефонах стоять приймачі, які приймають сигнал із супутників GPS), враховуючи характеристики антен та GPS-модуля в кожному телефоні. де немає спеціальних станцій.

Завдяки проведеній роботі інженери змогли знайти плазмові бульбашки над Індією та Південною Америкою — «аномальне атмосферне явище», яке порушує супутниковий зв’язок та GPS, створюючи перешкоди в іоносфері. Це досить складно виявити профільними приладами. Крім того, за допомогою даних зі смартфонів інженери виявили середньоширотний іоносферний провал над Європою, визначили його глибину та форму.

Google вже планує застосувати новий метод для підвищення точності визначення розташування користувачів телефонів на базі Android — ймовірно, похибка GPS скоротиться до декількох метрів. , виверженнями вулканів, землетрусами, цунамі і навіть пусками ракет.

Однак із методом команди Вільямса є проблема. Він потребує регіонів із покритими GSM-мережами, що виключає деякі малонаселені пункти, де людям смартфони просто не потрібні. Крім того, виникає проблема з океанами: там для безперервного моніторингу іоносфери постійно мають бути користувачі зі смартфонами. Автори наукової статті зазначили, що в майбутньому планують залучити телефони пасажирів авіакомпаній і поромів — такий підхід заповнить дані, що бракують, над океанами.