依靠全球数百万台安卓智能手机，科学家绘制出了地球电离层迄今为止最详尽的地图之一

普通智能手机或许能成为探索外太空的强大工具。最近，研究人员将全球数百万台安卓智能手机变成了一支灵活的科学仪器大军，绘制出了地球电离层迄今为止最详尽的地图之一，有望将全球GPS技术的准确性提高数倍。

这项研究由谷歌研究院的布莱恩·威廉姆斯（Brian Williams） 领导，美国科罗拉多大学博尔德分校航空航天工程科学系的杰德·莫顿（Jade Morton）教授也参与其中。相关研究结果已于11月13日发表在《自然》杂志上。

利用智能手机标配的GPS传感器，研究人员收集了地球大气层对卫星信号产生的扭曲数据。在此过程中，他们能够以前所未有的细节观察到大气层中的现象，如位于地球高空被称为“等离子体泡”的团块。

目前，这些数据已经对外公开，任何人都能了解到约八个月内大气层的旋转和变化情况。

这项研究重点聚焦于电离层，它是大气层中的一部分，可延伸至地球上空约50至1500公里。其中的大气分子和原子，在太阳辐射的作用下，分裂成带电粒子，科学家称之为等离子体。通常，下午2点，由于太阳辐射最强，电离层中的带电粒子更多，但到了晚上带电粒子就非常少。然而，电离层带电粒子数量的波动可以严重影响GPS定位。

电离层带电粒子数量的波动可以严重影响GPS定位

GPS定位时，太空中的定位卫星会先将无线电波发射到地球，手机等定位设备通过测量信号到达地面所需的时间来确定位置。由于电离层的波动会影响无线电波的传播速度，导致定位设备在计算到卫星的距离时出现重大误差，这也是地理定位误差的最大来源之一。

通过使用地面上的雷达天线，科学家可以绘制电离层的地图，从而了解电离层对定位卫星信号到达地球时间的影响。不过，这种方法一次只能观察到约14%的电离层。因此，GPS设备显示的定位可能会产生几英尺到几十英尺的偏差（1英尺约合0.3米）。

10分钟的手机数据生成的电离层地图显示了世界不同地区带电粒子的浓度

在新的研究中，研究人员提出了一个不同寻常的想法：抛弃昂贵的雷达天线，而是利用地球上每个国家都存在的传感器绘制电离层地图，那就是安卓手机。依靠这支全球性的手机大军，一次就能观察到约21%电离层，有望将全球GPS设备的准确性提高一倍。

研究小组的地图还捕捉到了电离层的惊人细节。2024年5月，一场强大的太阳风暴袭击地球时，研究小组的手机正好在观测。在随后的几个小时里，巨大的“等离子体泡”在南美洲部分地区上空形成，其中含有低浓度的带电粒子。之后，这些气泡像熔岩灯中的蜡一样穿过电离层。

莫顿认为，他们的研究表明，人们习以为常的日常科技仍有待发掘的潜力。“我一生都在建造专门用于科学研究的仪器，”莫顿说，“但随着社会的进步，我们身边传感器的功能都比我们想象的更强大。”

参考资料

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

编译：文星

审核：刘勇 中国科学院国家空间科学中心研究员、中国航天科普大使