Znajdź zawartość

Naukowcy z Google Research proponują, by wykorzystać miliony smartfonów używanych z systemem Android do badania w czasie rzeczywistym zmian w jonosferze i poprawienia tym samym dokładności systemów nawigacji satelitarnej. Zamiast postrzegać jonosferę jako obszar, który zaburza GPS, możemy odwrócić sytuację i wykorzystać odbiorniki GPS jako urządzenia do badania jonosfery. Łącząc dane z czujników milionów telefonów stworzyliśmy szczegółowy obraz jonosfery, którego w inny sposób nie można uzyskać, stwierdził Brian Williams i jego koledzy. Jonosfera do obszar słabo zjonizowanej plazmy rozciągającej się na wysokości 50–1500 kilometrów nad Ziemią. Jonosfera ulega ciągłym zmianom, a zmiany te są jednym z najpoważniejszych źródeł błędów występujących w systemach nawigacji satelitarnej. Systemy takie wykorzystują duże sieci satelitów, które wysyłają sygnały radiowe do odbiorników na Ziemi. Każdy z odbiorników, na przykład nasz smartfon, oblicza swoją pozycję na podstawie czasu nadejścia sygnałów. Najpierw jednak sygnały wysłane przez satelity przechodzą przez jonosferę, wchodzą w interakcje z wolnymi elektronami, co je nieco spowalnia. Problem w tym, że zagęszczenie swobodnych elektronów nie jest stałe ani w przestrzeni, ani w czasie. Zmienia się ono też w zależności od aktywności Słońca i ziemskiego pola magnetycznego. Na całym świecie działają miliardy smartfonów, a każdy z nich wyposażony jest w silny procesor i liczne czujniki. Chociaż czujniki te są przeważnie gorszej jakości niż standardowe czujniki używane w instrumentach naukowych, liczba i zagęszczenie smartfonów powodują, że dzięki nim można uzyskać lepszy obraz jonosfery niż z instniejącej sieci instrumentów naukowych, które ją badają. Naukowcy z Google'a chcą wykorzystać fakt, że wiele smartfonów posiada odbiorniki wykrywające sygnały nawigacji satelitarnej w dwóch różnych częstotliwościach. Ich wykorzystanie do mapowania jonosfery nie jest jednak łatwe, gdyż smartfony nie zostały zaprojektowane pod kątem jej badania. Ich anteny są słabe, a odbierane sygnały często zakłócają pobliskie budynki, na jakość wpływają też sprzęt i oprogramowanie użyte przez producentów smartfonów. Jednak jest ich tak dużo, że te wszystkie niedoskonałości można zniwelować za pomocą liczby urządzeń. Dlatego Williams i jego zespół proponują, by wykorzystać miliony smartfonów, które dzięki możliwości odbioru sygnału w dwóch częstotliwościach, dostarczą jednocześnie danych potrzebnych do skalibrowania i poprawy obliczeń. Naukowcy przyznają, że dane z pojedynczego smartfonu byłyby dość słabej jakości, ale dzięki olbrzymiej liczbie urządzeń, możliwe będzie przeprowadzenie obliczeń korygujących i uzyskanie dobrej jakości danych. Szczególnie obiecujący jest taki system wykorzystujący smartfony użytkowników z Afryki, Indii czy Azji Południowo-Wschodniej, gdzie sieć naukowych stacji badających jonosferę jest niewielka. Badacze przeprowadzili już wstępne testy. Wykorzystali miliony urządzeń z Androidem rozsiane po całym świecie. Nie musieli przy tym identyfikować poszczególnych urządzeń, co zapewniało użytkownikom anonimowość i bezpieczeństwo. Dzięki temu naukowcy byli w stanie zobrazować wiele zmian w jonosferze – pojawienie się bąbli plazmy nad Indiami i Ameryką Południową, wpływ niewielkiej burzy słonecznej na jonosferę nad Ameryką Północą czy ubytek wolnych elektronów nad Europą. Już te wstępne testy dwukrotnie zwiększyły obszar jonosfery, jaki był dotychczas badany i poprawiły rozdzielczość istniejących map. Głównym jednak celem naukowców jest poprawienie działania systemów nawigacji satelitarnej. Twierdzą, że gdyby taki system został wykorzystany na masową skalę, powodowane zmianami jonosfery błędy zostałyby zmniejszone o wiele metrów, co przyniosłoby liczne korzyści. Odbiornik GPS odróżniłby, czy znajdujemy się na autostradzie, czy na położonej obok równoległej drodze gruntowej, a to olbrzymia różnica na przykład w przypadku konieczności wysłania służb ratunkowych, stwierdza Williams. « powrót do artykułu

Naukowcy z Polski, USA i Niemiec uważają, że można wykorzystać globalną sieć czujników kwantowych oraz zegary atomowe systemu GPS do rejestrowania hipotetycznych egzotycznych pól o niskiej masie (ELF), sygnałów pochodzących z łączenia się czarnych dziur i innych gwałtownych wydarzeń astronomicznych. Wykrycie takich sygnałów dawałoby istotny wgląd w fizykę wykraczającą poza Model Standardowy. Andrei Derevianko z University of Nevada i jego zespół, w pracach którego udział bierze Szymon Pustelny z Uniwersytet Jagiellońskiego, opublikowali pracę, w której wyliczają właściwości ELF i mówią gdzie oraz jak ich szukać. Astronomia wielokanałowa (multimessenger astronomy), to skoordynowane obserwacje różnych sygnałów pochodzących z tego samego źródła. Obserwacje takie zapewniają duże bogactwo danych na temat procesów astrofizycznych. Dotychczas astronomia wielokanałowa odbierała skorelowane sygnały ze znanych oddziaływań podstawowych i standardowych cząstek, jak promieniowanie elektromagnetyczne, neutrina czy fale grawitacyjne. Jednak wielu autorów sugeruje, że istnieją egzotyczne pola o niskiej masie ( <-2), czytamy w pracy opublikowanej na łamach Nature. W naszej pracy wykażemy, że sieć precyzyjnych czujników kwantowych, które są izolowane od wpływu konwencjonalnych sygnałów fizycznych, może być potężnym narzędziem astronomii wielokanałowej. Rozważamy tutaj sytuację, w której wysokoenergetyczne wydarzenia astrofizyczne wywołują intensywne rozbłyski egzotycznych pól o niskiej masie (ELF) i proponujemy nowy model wykrywania ELF bazujący na generalnych założeniach. Wyliczamy tutaj amplitudy sygnałów EFL, opóźnienia, częstotliwości i odległości od źródeł fal grawitacyjnych, które to sygnały mogą zostać zarejestrowane przez globalną sieć magnetometrów i zegarów atomowych. Stwierdziliśmy, że sieci takich urządzeń mogą działać jak teleskopy ELF, wykrywając sygnały ze źródeł, które generują ELF. Czarne dziury i gwiazdy neutronowe mają silne pola grawitacyjne, zatem można przypuszczać, że przyciągają ciemną materię. Wiele rozszerzeń Modelu Standardowego sugeruje, że wokół wielkich masywnych obiektów astrofizycznych, jak czarne dziury, mogą gromadzić się ELF. Gdy czarne dziury się łączą i dochodzi do uwolnienia olbrzymich ilości energii, część z tych ELF może zostać rozerwana i wyrzucona w kierunku Ziemi. Możemy więc spróbować je wykryć i badać. Jednak sposób badania ELF będzie zależał od ich natury. Derevianko uważa, że jedną z metod może być wykorzystanie zegarów atomowych. ELF mogą wpłynąć na odległości pomiędzy powłokami elektronowymi, co wpłynie na częstotliwość pracy zegara atomowego. Globalna sieć zegarów atomowych już istnieje. Urządzenia takie mają na pokładzie satelity systemu GPS. Można by ją więc wykorzystać do wykrywania ELF, których źródło znajduje się w dowolnym miejscu obserwowalnego wszechświata. Jest jeszcze inna możliwość obserwacji ELF. Naukowcy przypuszczają, że pola te mogą wchodzić w interakcje ze spinami atomów, zatem mogą być wykrywane przez magnetometry. Global Network of Optical Magnetometers for Exotic physics (GNOME) to sieć 13 stacji rozsianych na 4 kontynentach. Co prawda, jak zauważa Derevianko, obecnie magnetometry te nie są wystarczająco czułe, by wykryć ELF, ale w przyszłości mogą osiągnąć wymaganą czułość, gdyż są ciągle udoskonalane. Uczeni nie znają dokładnej natury sygnałów pochodzących z ELF, w końcu samo istnienie pól jest jedynie hipotezą, jednak przewidują niektóre z ich właściwości. Ich zdaniem cząstki będące nośnikami sygnału mają dużą energię i bardzo niską masę. W związku z tym przemieszczają się niemal z prędkością światła. Co więcej, uważają, że jako pierwsze dotrą do nas elementy o wysokiej częstotliwości. To zaś będzie zapowiedzią impulsu, który trafi na Ziemię wkrótce po dotarciu fal grawitacyjnych. Zdaniem zespołu Derevianko, naukowcy mogą szukać ELF w wydarzeniach, którym nie towarzyszy fala grawitacyjna, np. w wybuchach supernowych. A jeśli np. uda się znaleźć w zegarach atomowych systemu GPS ślady ELF pochodzących z połączenia czarnych dziur, to można przeanalizować dane historyczne, sprzed okresu, gdy byliśmy w stanie wykrywać fale grawitacyjne. « powrót do artykułu

Wczoraj, 24 czerwca, Chiny wystrzeliły ostatniego satelitę konstelacji Beidou. Tym samym Państwo Środka mogło ogłosić, że trwająca od 20 lat budowa systemu nawigacji satelitarnej Beidou zakończyła się sukcesem. Satelita został wyniesiony na pokładzie rakiety Długi Marsz 3B. Jej start miał odbyć się przed tygodniem, jednak z powodu problemów technicznych został przełożony. O tym, jak ważne jest do wydarzenie dla Chin niech świadczy fakt, że zwykle Pekin z ogłoszeniem sukcesu czeka, aż satelita znajdzie się na wyznaczonej orbicie. Tym razem chińskie media z wyprzedzeniem informowały o starcie rakiety, a całe wydarzenie mogliśmy śledzić na żywo. To wyraźne odstępstwo od tradycyjnego sposobu relacjonowania, gdy ogłaszany jest sukces, a państwowa telewizja CCTV dopiero po tym, jak wszystko poszło zgodnie z planem, udostępnia relację ze startu. Chiny zaczęły tworzyć swój własny system nawigacji satelitarnej w latach 90. ubiegłego wieku. Pierwszego satelitę wystrzelono w październiku 2000 roku, a od roku 2009 trwa unowocześnianie systemu. Najnowsza jego wersja składa się z 30 urządzeń BDS-3 (Beidou Navigation Satellite). Jak informuje chiński Global Times, wyposażono je w większą przepustowość, zwiększając ich możliwości komunikacyjne oraz bardziej dokładne zegary atomowe. Co prawda system BDS rozpoczął pracę w 2018 roku, jednak dopiero ostatni satelita zapewnia dostęp do Beidou na całym świecie. Beidou nie jest jedynym konkurentem amerykańskiego GPS. Rosjanie mają system Glonass-M, którego głównym zadaniem jest obsługa sił zbrojnych Federacji Rosyjskiej, europejski Galileo działa od 2016 roku, a jego ostatnie satelity mają zostać wystrzelone w bieżącym roku. Tymczasem Amerykanie są właśnie w trakcie udoskonalania GPS z wersji II do III. Proces ten ma zakończyć się w 2023 roku.   « powrót do artykułu

Galileo, europejski odpowiednik systemu GPS, nie działa od trzech dni. Na oficjalnej witrynie systemu możemy podejrzeć status poszczególnych satelitów wchodzących w jego skład. Dwa z nich mają status „Testing”, a status pozostałych 22 to „Not usable”. Problemy z Galileo rozpoczęły się wczesnym rankiem w piątek. European Global Navigation Satellite Systems Agency (GSA) oświadczyła, że problem jest spowodowany incydentem technicznym związanym z infrastrukturą naziemną. Obecnie na rynku jest ponad 30 modeli smartfonów korzystających z Galileo. Jednak ich użytkownicy prawdopodobnie nawet nie zauważyli, że cokolwiek się stało, gdyż ich telefony automatycznie przełączyły się na amerykański GPS. Dobra wiadomość jest taka, że Galileo wciąż znajduje się w fazie testów, zatem nie jest używany w krytycznych zastosowaniach, a jego awaria może powodować co najwyżej nieznaczne niedogodności. Z nieoficjalnych doniesień wynika, że winnym problemów jest znajdujące we Włoszech Precise Timing Facility odpowiedzialne za podawanie czasu do satelitów. Obecnie konstelacja Galileo składa się z 22 satelitów roboczych oraz 2 testowych. Na orbitę ma trafić jeszcze 12 satelitów, a całość ma rozpocząć pracę pełną parą już w przyszłym roku. Wielodniowa awaria całego systemu to poważny problem, również wizerunkowy, tym bardziej, że Unia Europejska stara się uniezależnić od obcych systemów nawigacji satelitarnej. System Galileo został po raz pierwszy uruchomiony w 2016 roku, a już miesiąc później informowaliśmy, że na wielu satelitach doszło do awarii zegarów atomowych. Obecna awaria jest jednak znacznie poważniejsza i pokazuje, że Galileo nie jest jeszcze gotowy do podjęcia poważnych zadań. « powrót do artykułu

W 2017 roku rakieta Falcon 9 wypaliła dziurę w jonosferze, przez co na chwilę zepsuł się system GPS. Start ten różnił się od innych, przez co doszło do zakłóceń sygnału nawigacji satelitarnej. Zwykle rakiety udające się w przestrzeń kosmiczną lecą pod pewnym kątem w stosunku do powierzchni Ziemi. Pozwala to na zmniejszenie siły ciążenia i naprężeń w samym pojeździe. Po około 80-100 kilometrach większość rakiet leci niemal równolegle do powierzchni planety i uwalnia swój ładunek. Jednak w sierpniu 2017 roku firma SpaceX wystrzeliła rakietę Falcon 9, które poleciała pionowo w górę. Taka trasa była możliwa, gdyż do wyniesienia był bardzo lekki ładunek, ważący zaledwie 475 kilogramów satelita Formosat-5. Od mniej więcej dekady naukowcy wiedzą, że pogoda przy powierzchni Ziemi wpływa na wyższe warstwy atmosfery. Badają to zjawisko i coraz bardziej interesują się też wpływem startujących rakiet na atmosferę naszej planety i, za jej pośrednictwem, na satelity krążące wokół Ziemi. W przeszłości obserwowano w jonosferze fale uderzeniowe w kształcie litery V, pojawiające się, gdy rakiety leciały niemal równolegle do powierzchni Ziemi. Jednak w przypadku misji Formosat-5 zaobserwowano coś innego. Jako, że Falcon 9 przez niemal cały czas leciał pionowo, generowane przezeń  fale uderzeniowe były okrągłe i objęły swoim zasięgiem obszar 1,8 milionów kilometrów kwadratowych nad zachodnimi USA i Pacyfikiem. Niedługo później, dokładnie 13 minut po starcie rakiety, w jonosferze pojawiła się dziura o szerokości 900 kilometrów, wypalona przez drugi człon rakiety. Naukowcy sądza, że dziura ta spowodowała błędy w pomiarach GPS, którego wskazania różniły się o 1 metr od wskazań prawidłowych. Charles C.H. Lin z Narodowego Uniwersytetu Cheng Kung na Tajwanie, główny autor badań nad wpływem startu misji Formosat-5 na atmosferę, mówi, że rakieta działa podobnie do małego wulkanu. Dostarcza energię do środkowych i górnych części atmosfery. W przypadku pionowo startującego Falcona 9 pojawiła się dziura w plazmie, która przetrwała 2-3 godziny. Lin mówi, że rakieta miała na atmosferę podobny wpływ co burza magnetyczna. O ile jednak burza ma zasięg globalny, rakieta miała zasięg regionalny. Zdaniem naukowców z Tajwanu, nie powinniśmy jednak zbytnio martwić się zakłóceniami GPS-a powodowanymi przez starty rakiet. Atmosfera jest przecież dynamiczna, a w jonosferze, troposferze i w innych miejscach występują zjawiska, które mogą powodować, że systemy nawigacji satelitarnej pomylą się nawet o ponad 20 metrów. Zwykle GPS radzi sobie z takimi naturalnymi zakłóceniami i automatycznie koryguje błedy, jednak czasami skorygować ich nie jest w stanie. Jednak, jak mówi Lin, w przyszłości problem może narastać. Wchodzimy w epokę, gdy starty rakiet, dzięki wykorzystaniu rakiet wielokrotnego użytku, będą coraz częstsze. Jednocześnie rakiety są coraz potężniejsze i myślimy o wysyłaniu ładunków na inne planety Te dwa czynniki mogą coraz bardziej na siebie nachodzić i będą miały wpływ na średnie i wyższe partie atmosfery. Trzeba zwrócić na to uwagę. « powrót do artykułu