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 ионосфере подвержено изменениям под воздействием космической погоды. Исчезновение значительного числа электронов приводит к образованию протяженных областей с пониженным содержанием электронов, что негативно сказывается на прохождении сигналов спутниковых систем навигации типа GPS или ГЛОНАСС. Поэтому при определении местоположения в системе возникают ошибки.
Для устранения этих проблем эксперты применяют приемники высококачественных наземных станций, которые предоставляют информацию о распределении электронов в ионосфере. Однако эти станции расположены в различных точках земного шара, на тысячах километров друг от друга и в разных часовых поясах, что порождает в их данных неточности. Помимо этого, подобное оборудование доступно не во всех государствах, что создает трудности при формировании всеобъемлющих карт ионосферы.
Команда разработчиков программного обеспечения из Google Search, возглавляемая 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 пузыри над Индией и Южной Америкой — «аномальное атмосферное явление», которое нарушает спутниковую связь и системы GPS, создавая помехи в ионосфере. Это явление достаточно сложно обнаружить профильными приборами. Кроме того, с помощью данных со смартфонов инженеры выявили среднеширотный ионосферный провал над Европой, определили его глубину и форму.
Google разрабатывает новую технологию, которая позволит повысить точность определения местоположения пользователей Android-устройств — ожидается, что погрешность GPS уменьшится до нескольких метров. Кроме того, этот метод будет полезен и для научных исследований: он позволит ученым прогнозировать солнечные бури, отслеживать изменения ионосферы, возникающие из-за магнитных бурь, извержений вулканов, землетрясений, цунами и даже ракетных пусков.
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.