Máte chytrý telefon s Androidem? Pak v kapse nemáte pouze obyčejné komunikační zařízení, ale také přístroj vhodný pro výzkum vesmíru. Zní to jako sci-fi? Tým složený z výzkumníků z Googlu a Coloradské univerzity v Boulderu proměnil miliony Android telefonů po celém světě v síť vědeckých senzorů, která řeší jeden z největších problémů systému GPS a přináší vědcům důležitá data o ionosféře.

„Strávila jsem celý život budováním specializovaných přístrojů pro vědecký výzkum,“ říká Jade Morton z Katedry leteckého a kosmického inženýrství na univerzitě v Boulderu. „Díky technologickému pokroku vidíme, že běžná zařízení kolem nás mají mnohem větší potenciál, než jsme si kdy předtím představovali.“

Vědci využili obrovské množství chytrých telefonů po celém světě, konkrétně anonymizovaná data uživatelů Androidu o poloze koncových zařízení. To dalo vzniknout unikátní mapě ionosféry. Výsledkem je dosud nejdetailnější mapa nejvyšší vrstvy zemské atmosféry. To by samo o sobě nemuselo vypadat tak převratně, ale nejde zde pouze o teoretický výzkum – získaná data pomohou zpřesnit GPS navigaci, kterou denně používá většina z nás.

Přesnější GPS díky síti chytrých telefonů

Ionosféra, nacházející se přibližně od 80 do 1000 kilometrů nad povrchem Země, je v mnoha ohledech neprozkoumanou oblastí. Sluneční paprsky zde neustále bombardují atmosféru, rozbíjejí molekuly a atomy na nabité částice a vzniká plazma. Během dne, kdy je sluneční aktivita nejsilnější, obsahuje daná oblast ionosféry vysokou koncentraci nabitých částic. V noci, když je Slunce na opačné straně planety, je těchto částic minimum.

Právě proměnlivost ionosféry komplikuje přesnost navigačních technologií (nejen GPS, ale i dalších GNSS). Satelity v případě GPS vysílají ze vzdálenosti 20 200 km k Zemi rádiové vlny a váš telefon určuje svou polohu měřením času, za který signál dorazil. Ionosféra však může tento čas významně ovlivnit, protože stojí právě mezi koncovým zařízením a satelitem.

Pokud máte zapnuté polohové služby a udělili jste Googlu souhlas s využitím vašich dat, možná jste se stali součástí projektu i vy s vaším smartphonem. Po celém světě jich takto byly použity miliony. Foto: Se souhlasem společnosti Google

Dosud vědci sledovali ionosféru s pomocí drahých pozemních radarových stanic, které však dokáží v daném okamžiku sledovat pouze 14 % z její celkové plochy. Výsledkem jsou nepřesnosti v určení polohy GPS navigace, které mohou dosahovat od několika desítek centimetrů až po desítky metrů. Moderní smartphony to dokáží částečně řešit mj. kombinováním dat z vícero satelitních systémů typu GLONASS, Beidou či Galileo, ale ovlivnění ionosférou se týká všech.

Smartphone jako zdroj vědeckých dat

Jak padlo výše, výzkumníci přišli s geniálně jednoduchým řešením – využít senzory telefonů s Androidem, které najdeme prakticky všude po světě. Díky celosvětové síti dokáží v reálném čase sledovat, jak ionosféra ovlivňuje rádiové vlny přicházející ze satelitů.

Síť mobilních telefonů dokáže samostatně pozorovat přibližně 21 % ionosféry, což je o polovinu více oproti tradičním metodám s využitím radarů. „Miliony telefonů dokáží mnohem lépe monitorovat atmosféru než naše stávající pozemní síť,“ vysvětluje Morton.

Síť funguje i bez vědomí uživatelů

Systém už prokázal svou funkčnost v praxi a výsledky překvapily i samotné výzkumníky. V květnu 2024 zasáhla naši planetu silná sluneční bouře. Síť mobilních telefonů zachytila formování obřích oblastí s nízkou koncentrací nabitých částic – tzv. „plazmových bublin“ – nad Jižní Amerikou. Tyto bubliny stoupaly ionosférou podobně jako vosk v lávové lampě a ovlivnily přesnost GPS signálu. S využitím dat z chytrých telefonů mohli vědci snadno dopočítat odchylku.

Projekt má významný dopad zejména pro oblasti jako letectví, kde přesná GPS navigace hraje klíčovou roli. Zlepšení přesnosti GPS bude důležité nejen pro přistávání letadel, ale i pro autonomní vozidla a další aplikace vyžadující přesnou navigaci. Foto: Se souhlasem NASA

Vědci data z výzkumu zveřejnili široké veřejnosti a studii vydali v respektovaném časopisu Nature. Další věděcká pracoviště tak mají k dispozici užitečná data, jak se atmosféra měnila během posledních 8 měsíců. Využití tzv. crowdsourcingu dává v podobných oblastech velký smysl a je možné, že jej vědci v budoucnu použijí i pro další výzkumy.

Zdroj: Nature, Colorado.edu