تستخدم Google الملايين من الهواتف الذكية لرسم خريطة للغلاف الأيوني للأرض وتحسين نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

تستخدم Google الملايين من الهواتف الذكية لرسم خريطة للغلاف الأيوني للأرض وتحسين نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

لأول مرة، استخدم الباحثون بيانات في الوقت الفعلي من حوالي 40 مليون هاتف محمول لرسم خريطة للظروف في طبقة الأيونوسفير - وهي منطقة في الغلاف الجوي العلوي حيث تتأين بعض جزيئات الهواء. يمكن لمثل هذه الإشارات الجماعية أن تحسن الملاحة عبر الأقمار الصناعية، خاصة في مناطق العالم التي تكون فيها البيانات نادرة، مثل أفريقيا وأمريكا الجنوبية وجنوب آسيا.

تم نشر دراسة الجدوى التي أجراها فريق Google في 13 تشرين الثاني (نوفمبر) في مجلة Nature 1.

تقول أنثيا كوستر، عالمة فيزياء الغلاف الجوي بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في كامبريدج: "إنها مجموعة بيانات مذهلة". "إنها تكمل الخريطة بشكل كبير في المناطق التي نحتاج فيها بشكل عاجل إلى مزيد من المعلومات."

يمكن لبيانات الهاتف الخليوي أن تقلل أخطاء نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بنسبة 10% إلى 20% في بعض المناطق، بل وأكثر من ذلك في المناطق المحرومة، وفقًا لتقديرات نينجبو وانج، عالم فيزياء الغلاف الجوي في معهد أبحاث معلومات الفضاء الجوي التابع للأكاديمية الصينية للعلوم في بكين. وحتى مع التعديلات، يظل اضطراب الغلاف الأيوني يمثل تحديًا، خاصة أثناء العواصف الشمسية التي تؤدي إلى ظروف غير مكتملة في الغلاف الأيوني. "النتائج المقدمة مثيرة للإعجاب حقا."

العصابات المزدوجة

عندما يتأين الهواء جزئيًا، فإن الإلكترونات التي تتحرك بحرية تتباطأ قليلاً وتؤثر على إشارات الراديو التي تأتي إلى الأرض من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وغيره من أقمار الملاحة. يمكن أن يؤثر هذا على التزامن الزمني على مستوى النانو ثانية الذي تستخدمه أجهزة الملاحة عبر الأقمار الصناعية لتحديد مواقعها. وهذا له آثار خطيرة محتملة على هبوط الطائرات والمركبات ذاتية القيادة.

غالبًا ما تُستخدم الخرائط الآنية لكثافة هذه الإلكترونات لتصحيح التقلبات في طبقة الأيونوسفير. يقوم المهندسون بإنشاء الخرائط باستخدام البيانات من محطات الاستقبال الأرضية التي يمكنها اكتشاف أوقات وصول ترددين مختلفين لموجات الراديو المستلمة من نفس القمر الصناعي. تعمل الإلكترونات الموجودة في الغلاف الأيوني على إبطاء الموجات ذات التردد المنخفض أكثر من الموجات عالية التردد، بحوالي نانو ثانية. يوفر هذا الاختلاف معلومات حول كثافة الإلكترونات التي تمر من خلالها الموجة في طريقها إلى جهاز الاستقبال.

وبدون هذه التصحيحات، سيكون نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) غير دقيق بنحو 5 أمتار، وبعشرات الأمتار أثناء العواصف الشمسية، عندما تزيد الجسيمات المشحونة من الشمس من كثافة الإلكترونات. لكن العديد من مناطق العالم تفتقر إلى محطات الاستقبال الأرضية اللازمة لإنشاء هذه الخرائط.

ضجيج الخلفية

على الرغم من أنه لا يمكن لجميع أجهزة الملاحة أن تعمل بترددات متعددة، إلا أن الهواتف الحديثة غالبًا ما تفعل ذلك. ووفقا لبريان ويليامز، عالم الكمبيوتر في جوجل في ماونتن فيو، كاليفورنيا، والمؤلف المشارك للدراسة، فإن أجهزة استشعار الهاتف لم تكن تعتبر في السابق عملية لرسم خرائط الأيونوسفير. وذلك لأن البيانات الواردة من الهواتف المحمولة أكثر ضجيجًا من تلك الصادرة عن أجهزة الاستقبال العلمية المصممة خصيصًا، خاصة لأنها تستقبل الإشارات بشكل متقطع فقط وتنعكس موجات الراديو على المباني القريبة في المناطق الحضرية.

وقد حقق فريق Google نجاحًا جزئيًا بفضل الكمية الكبيرة من البيانات التي تلقوها. يقول ويليامز: "عندما يتم دمج كميات كبيرة، تختفي الضوضاء وتحصل على إشارة واضحة". "يبدو الأمر كما لو أن هناك محطة مراقبة علمية في كل مدينة حيث توجد هواتف".

يمكن لأي شخص يمتلك هاتفًا يعمل بنظام Android ويسمح لشركة Google بجمع بيانات المستشعر لتحسين دقة الموقع أن يساهم في الدراسة. ومع ذلك، فقد تم تجميع البيانات بحيث لا يمكن تحديد الأجهزة الفردية، كما توضح الشركة.

ويوضح ويليامز أن العمل جارٍ بالفعل لاستخدام هذه التقنية لتحسين دقة تحديد الموقع لمستخدمي أندرويد. لكن البيانات يجب أن تكون مفيدة أيضًا للدراسات العلمية للغلاف الجوي العلوي للأرض. وكشفت الخريطة بالفعل عن فقاعات في الغاز المتأين، المعروف باسم البلازما، فوق أمريكا الجنوبية، والتي لم يتم رصدها بالتفصيل من قبل.

لكي يستفيد العلم حقًا، تحتاج جوجل إلى نشر البيانات، كما يقول كوستر، الذي يعمل على قاعدة بيانات مادريجال، وهي مورد بيانات جغرافية مكانية تعاوني يجمع بيانات الغلاف الأيوني من آلاف المحطات الأرضية. وقال متحدث باسم جوجل لفريق أخبار Nature إن البيانات الكامنة وراء الدراسة سيتم نشرها جنبًا إلى جنب مع المقالة، ولكن لا توجد حاليًا خطط لتقديم بيانات جديدة في الوقت الفعلي.

ويعمل الباحثون على استخدام أجهزة استشعار أخرى للهواتف الذكية بطرق مختلفة. أظهر نظام التحذير من الزلازل الذي يعمل بنظام Android من Google في عام 2020 كيف يمكن لمقاييس التسارع الموجودة في الهواتف الذكية للأشخاص اكتشاف الزلازل وتحذير الآخرين الذين لا يزال من الممكن أن يتأثروا بها. يمكن لمستخدمي Apple الوصول إلى تطبيق يستخدم تقنية مماثلة.

يقول وانج: حتى الآن، كان العلماء ينظرون إلى الهواتف على أنها مستخدم نهائي لخدمات الملاحة. ويقول إن هذا التحول في استخدام بيانات الهاتف كبيانات إدخال هو "منطقة مجهولة". "تمثل هذه الدراسة تحولا مثيرا."

1. سميث، J. وآخرون. طبيعة 635، 365-369 (2024).

   جوجل الباحث العلمي

تحميل المراجع