Удивительно, но обычный смартфон в вашем кармане может стать мощным инструментом для исследования космоса. В новом исследовании американские ученые превратили миллионы телефонов на базе Android по всему миру в набор гибких научных инструментов, создав одну из самых подробных на сегодняшний день карт верхнего слоя атмосферы Земли.
Результаты исследования, опубликованные журнале Nature, могут помочь повысить точность технологии GPS во всем мире в несколько раз.
«Эти телефоны могут поместиться у вас на ладони, но с помощью краудсорсинга мы можем использовать их, чтобы изменить наше представление о космической среде», — отметила профессор кафедры аэрокосмической инженерии Джейд Мортон в Университете Колорадо в Боулдере.
Вместе с коллегами Мортон использовала датчики GPS, которые есть в каждом смартфоне, чтобы собрать данные об искажении атмосферой Земли поступающих со спутников сигналов. В процессе они увидели «плазменные пузыри» в атмосфере в невиданных ранее подробностях.
Исследование помогло по-новому взглянуть на ионосферу — тонкий слой атмосферы, простирающийся от 50 до 1000 км над поверхностью Земли. Это нестабильная среда: здесь солнечные лучи постоянно воздействуют на атмосферу, расщепляя ее молекулы и атомы на смесь заряженных частиц, то есть плазму. Ионосфера никогда не бывает неподвижной.
К примеру, в 14 часов в ионосфере гораздо больше заряженных частиц, потому что Солнце находится в самой сильной фазе. В свою очередь, ночью Солнце находится на другой стороне планеты, поэтому заряженных частиц в ионосфере очень мало. Эти колебания могут нанести ущерб технологии GPS, отмечает Мортон.
Технология GPS работает как своего рода секундомер в космосе: спутники, находящиеся за тысячи километров от Земли, первыми посылают радиоволны на планету. Затем телефон определяет ваше местоположение, измеряя, сколько времени требуется этим сигналам, чтобы достичь земли.
Ученые пытаются понять, как ионосфера может изменить это время, составляя карту этой области космоса с помощью наземных радаров. Однако сегодня они могут наблюдать только около 14% ионосферы в любой момент времени, поэтому устройства GPS могут не определить точное местоположение на расстояние нескольких десятков метров.
В ходе исследования аэрокосмические инженеры пришли к необычной идее. Вместо того, чтобы полагаться на дорогостоящие радары, они предложили составить карту ионосферы, используя набор датчиков, которые уже существуют в каждом уголке Земли — телефоны на базе Android. В создании карты помогли агрегированные измерения радиосигналов между спутниками и приемниками на некоторых устройствах Android. В частности, ученые использовали телефоны для отслеживания в режиме реального времени того, как ионосфера распространяет радиоволны, поступающие со спутников.
Оказалось, что миллионы телефонов в комплексе делают работу по мониторингу атмосферы в два раза лучше, чем наземные радары. Карты, составленные с помощью смартфонов, также отображают ионосферу в мельчайших деталях.
«По мере развития технологий в обществе мы видим, что в нашем распоряжении есть датчики, которые обладают гораздо большей мощностью, чем мы когда-либо могли себе представить», — добавила Мортон.
