工程师将智能手机改造成研究太空的仪器

Josiah02

你口袋里的普通智能手机可能成为探索外太空的有力工具。在一项新研究中，谷歌和科罗拉多大学博尔德分校的研究人员将全球数百万部 Android 手机改造成一组灵活的科学仪器，生成了迄今为止最详细的地球大气层最上层地图之一。
该团队的研究成果于11 月 13 日发表在《自然》杂志上，可能有助于将全球 GPS 技术的精确度提高数倍。这项研究由谷歌研究部门的 Brian Williams 领导，科罗拉多大学博尔德分校安和 HJ Smead 航空航天工程科学系教授 Jade Morton 也参与其中。
莫顿说：“这些手机真的可以放在手掌中。但通过众包，我们可以利用它们改变我们理解太空环境的方式。”
她和同事们利用每部智能手机标配的 GPS 传感器收集地球大气如何扭曲卫星信号的数据。在此过程中，他们能够以前所未有的细节观察大气中的现象，例如高空的被称为“等离子气泡”的团块。
该小组公开发布了其数据，以便任何人都可以观察大气在大约八个月内如何旋转和变化。“合作对于科学进步和谷歌的科学研究至关重要，”谷歌研究部门 Science AI 产品负责人 Lizzie Dorfman 说道。“Morton 博士的专业知识对这项研究至关重要，作为客座研究员和合作者与她一起工作绝对是一种荣幸。”
关注电离层
这项研究重新聚焦于电离层，即距离地球表面 350 多英里的薄薄一层大气层。
这是一个动荡的舞台：太阳射线不断照射大气层，将大气层中的分子和原子分裂成带电粒子的糊状混合物——科学家称之为等离子体。大气层也从不静止。
莫顿说：“下午 2 点，电离层中的带电粒子更多，因为此时太阳辐射最强。但到了晚上，太阳位于地球的另一侧，因此带电粒子非常少。”
这种波动可能会对 GPS 技术造成严重破坏。
莫顿解释说，这项技术是通过太空中的一种秒表来运作的：距离地球数千英里的卫星首先将无线电波发射到地球。然后，你的手机通过测量这些信号到达地面所需的时间来精确定位你的位置。
科学家们试图解释电离层如何改变时间，他们利用地面上的雷达天线绘制了这片空间的地图。然而，目前他们一次只能观测到大约 14% 的电离层。因此，GPS 设备可能会与您的确切位置相差几英尺到几十英尺。
“有很多应用需要很高的精确度——例如飞机着陆，”莫顿说。
在当前的研究中，研究人员提出了一个不同寻常的想法：他们不依赖昂贵的雷达天线，而是使用地球上每个国家都存在的一套传感器来绘制电离层地图：Android 手机。
电离层地图是使用卫星和某些 Android 设备接收器之间的无线电信号的汇总测量结果创建的。隐私保护确保这些测量结果不会识别任何做出贡献的单个设备。
具体来说，该团队利用手机实时追踪电离层如何延伸来自卫星的无线电波。
研究团队报告称，这支遍布全球的卫星队伍可以自行观测大约 21% 的电离层——这可能使全球 GPS 设备的精度提高一倍。
莫顿说：“数百万部手机联合起来可以比我们的地面网络更好地监测大气。”
该小组的地图还清晰地捕捉到了电离层的细节。
例如，2024 年 5 月，就在小组成员的手机正在查看时，一场强烈的太阳风暴袭击了地球。在接下来的几个小时里，南美洲部分地区上空形成了巨大的大气区域，即“等离子气泡”，其中含有低浓度的带电粒子。然后，这些气泡像熔岩灯中的蜡一样穿过电离层上升。
莫顿则表示，这项研究表明，许多人认为理所当然的日常技术还有尚未开发的潜力。
莫顿说：“我一生都在建造专用仪器进行科学研究。但随着社会技术的进步，我们发现这些传感器的功能比我们想象的要强大得多。”