Использование миллионов смартфонов позволило создать наиболее детальные карты ионосферы на сегодняшний день

Новости МирТесен

Благодаря новым картам будет улучшена точность GPS, а эксперты получат возможность более эффективно отслеживать космическую погоду. Ученые смогут проводить более точные краткосрочные прогнозы солнечных бурь и изучать изменения в ионосфере, вызванные магнитными бурями, в том числе связанные с появлением необычных сигналов.

Ионосфера представляет собой ионизированный слой, расположенный в верхней части атмосферы, расположенная на высоте 50-1500 километров. Данная область характеризуется низкой плотностью слабоионизированной плазмы, включающей нейтральные атомы, свободные электроны, а также положительно и отрицательно заряженные ионы. Благодаря наличию свободных электронов, она является оптимальной средой для распространения и отражения радиоволн).

Количество электронов в ионосферном слое подвержено колебаниям, зависящим от космической погоды. Существенное уменьшение количества электронов приводит к образованию обширных областей с пониженным содержанием электронов, что негативно сказывается на стабильности сигналов спутниковых систем навигации благодаря наличию систем навигации, таких как GPS или ГЛОНАСС. В результате этого возникают неточности при определении координат в системе.

Для коррекции ситуации применяются высококачественные наземные приемники, которые формируют карты общего содержания электронов в ионосфере. Тем не менее, эти станции расположены по всему земному шару, на значительном удалении друг от друга и охватывают разные часовые пояса, что порождает в их данных неточности. Вдобавок ко всему, подобное оборудование не доступно во всех государствах, что создает трудности в создании всеобъемлющих карт ионосферы.

Группа американских разработчиков программного обеспечения из Google Search во главе с Брайаном Уильямсом ( Brian Williams) разработала метод, который позволяет создавать более точные и информативные карты ионосферы. Как сообщают исследователи в своей статье, опубликованной в журнале Nature.

Изучив данные, полученные с 40 миллионов смартфонов, работающих под управлением Android, Уильямс и его команда оценили, как движение заряженных частиц в ионосфере сказывается на времени передачи радиосигналов между каждым телефоном и спутниками GPS, находящимися на орбите. До этого момента подобный метод не рассматривался как перспективный, поскольку смартфоны создают помехи, превышающие таковые от специализированных станций GPS-мониторинга в 30 раз.

Удалось найти решение, объединив информацию, полученную с GPS-приемников смартфонов, и учитывая особенности антенн и GPS-модулей каждого устройства. Благодаря этому удалось увеличить область измерений вдвое и создать детальную карту ионосферы в регионах, где отсутствуют специализированные пункты наблюдения.

Благодаря проделанной работе инженерам удалось обнаружить плазменные пузыриНад Индией и Южной Америкой зафиксировано «аномальное атмосферное явление», которое оказывает влияние на спутниковую связь и работу систем GPS, вызывая помехи в ионосфере. Обнаружение данного явления представляет определенные трудности и требует использования специализированного оборудования. Помимо этого, анализ данных, полученных со смартфонов, позволил инженерам выявить среднеширотный ионосферный провал над Европой, установить его глубину и определить форму.

Компания Google разрабатывает новый подход для улучшения точности определения местоположения пользователей устройств Android — по предварительным оценкам, это позволит снизить погрешность GPS до нескольких метров. Данная технология окажется полезной не только для потребителей, но и для ученых: она предоставит возможность проводить краткосрочное прогнозирование солнечных бурь, отслеживать изменения в ионосфере, вызванные магнитными бурями, извержениями вулканов, землетрясениями, цунами и даже ракетными запусками.

У метода, предложенного командой Уильямса, есть существенный недостаток: он предполагает наличие регионов с покрытием GSM-связи, что делает невозможным использование в отдаленных, малонаселенных районах, где потребность в смартфонах отсутствует. Также возникает сложность, связанная с океаническими зонами, где для непрерывного мониторинга ионосферы требуется постоянное присутствие пользователей мобильных устройств. В своей научной работе авторы указали на планы по привлечению телефонов пассажиров авиакомпаний и морских перевозчиков, чтобы компенсировать отсутствие данных над океанами.