Sie können den Weltraum „erkunden“, indem Sie über Ihr Telefon wischen! Haben sich intelligente Mobilgeräte inzwischen so weit entwickelt?

Mithilfe von Millionen von Android-Smartphones auf der ganzen Welt haben Wissenschaftler eine der bislang detailliertesten Karten der Ionosphäre der Erde erstellt

Gewöhnliche Smartphones könnten zu leistungsstarken Werkzeugen für die Erforschung des Weltraums werden . Forscher haben Millionen von Android-Smartphones auf der ganzen Welt in eine Armee flexibler wissenschaftlicher Instrumente verwandelt und so eine der bislang detailliertesten Karten der Ionosphäre der Erde erstellt, die die Genauigkeit der globalen GPS-Technologie voraussichtlich um ein Vielfaches steigern wird.

Die Forschungsarbeit wurde von Brian Williams von Google Research geleitet, unter Beteiligung von Professor Jade Morton vom Department of Aerospace Engineering Sciences der University of Colorado Boulder. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden am 13. November in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Mithilfe von GPS-Sensoren, die standardmäßig in Smartphones verbaut sind, sammelten die Forscher Daten zu den Verzerrungen, die die Erdatmosphäre bei Satellitensignalen verursacht. Dabei konnten sie Phänomene in der Atmosphäre in bisher unerreichter Detailliertheit beobachten, etwa sogenannte „Plasmablasen“ genannte Klumpen hoch oben in der Erdatmosphäre.

Da die Daten nun öffentlich zugänglich sind, kann jeder sehen, wie sich die Atmosphäre über einen Zeitraum von etwa acht Monaten dreht und verändert.

Der Schwerpunkt der Studie lag auf der Ionosphäre, dem Teil der Atmosphäre, der sich zwischen etwa 50 und 1.500 Kilometern über der Erde erstreckt. Die darin enthaltenen atmosphärischen Moleküle und Atome spalten sich unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung in geladene Teilchen auf, die Wissenschaftler als Plasma bezeichnen. Normalerweise gibt es um 14 Uhr mehr geladene Teilchen in der Ionosphäre, da die Sonnenstrahlung am stärksten ist, nachts gibt es jedoch sehr wenige geladene Teilchen. Allerdings können Schwankungen in der Anzahl geladener Teilchen in der Ionosphäre die GPS-Positionierung erheblich beeinträchtigen.

Schwankungen in der Anzahl geladener Teilchen in der Ionosphäre können die GPS-Positionierung erheblich beeinträchtigen

Bei der GPS-Ortung sendet der Ortungssatellit im Weltraum zunächst Radiowellen zur Erde. Mobiltelefone und andere Ortungsgeräte bestimmen den Standort, indem sie die Zeit messen, die das Signal benötigt, um den Boden zu erreichen. Da Schwankungen in der Ionosphäre die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Radiowellen beeinflussen, können Positionsbestimmungsgeräte bei der Berechnung der Entfernung zu Satelliten erhebliche Fehler machen, was eine der größten Ursachen für Geolokalisierungsfehler darstellt.

Mithilfe von Radarantennen am Boden können Wissenschaftler die Ionosphäre kartieren und ihren Einfluss auf die Zeit verstehen, die die Signale von Ortungssatelliten benötigen, um die Erde zu erreichen. Mit dieser Methode können jedoch jeweils nur etwa 14 % der Ionosphäre beobachtet werden. Daher kann der vom GPS-Gerät angezeigte Standort einen Fehler von mehreren Fuß bis zu mehreren zehn Fuß aufweisen (1 Fuß entspricht ungefähr 0,3 Metern).

Eine aus 10 Minuten Mobilfunkdaten erstellte Karte der Ionosphäre zeigt die Konzentration geladener Teilchen in verschiedenen Teilen der Welt.

In einer neuen Studie sind Forscher auf eine ungewöhnliche Idee gekommen : Man soll auf teure Radarantennen verzichten und stattdessen die Ionosphäre mithilfe von Sensoren kartieren, die es in jedem Land der Erde gibt: Android-Telefone. Mithilfe dieser weltweiten Armee von Mobiltelefonen können etwa 21 % der Ionosphäre gleichzeitig beobachtet werden, was die Genauigkeit globaler GPS-Geräte voraussichtlich verdoppeln wird.

Die Karten des Teams erfassen auch die Ionosphäre in erstaunlichen Details. Im Mai 2024 traf ein heftiger Sonnensturm die Erde, während die Smartphones des Teams die Beobachtungen durchführten. In den folgenden Stunden bildeten sich über Teilen Südamerikas riesige „Plasmablasen“, die geringe Konzentrationen geladener Teilchen enthielten. Diese Blasen wandern dann wie Wachs in einer Lavalampe durch die Ionosphäre.

Morton ist davon überzeugt, dass ihre Forschung zeigt, dass alltägliche Technologien, die die Menschen für selbstverständlich halten, noch immer ungenutztes Potenzial haben. „Ich habe mein Leben damit verbracht, Instrumente speziell für die wissenschaftliche Forschung zu bauen“, sagte Morton, „aber mit dem Fortschritt der Gesellschaft sind die Sensoren um uns herum leistungsfähiger geworden, als wir es uns je vorgestellt haben.“

Verweise

https://techxplore.com/news/2024-11-smartphones-instruments-space.html

Zusammengestellt von: Wen Xing

Gutachter: Liu Yong, Forscher am National Space Science Center der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Botschafter für die Popularisierung der chinesischen Weltraumwissenschaften