Milhões de smartphones comuns revelaram mais sobre a ionosfera da Terra do que uma rede de estações científicas

O clima espacial e o estado da ionosfera da Terra introduzem erros na operação dos sistemas de posicionamento global. Para corrigi-los, uma rede terrestre de estações cria um mapa de correção para a operação dos sistemas de satélite GPS várias vezes ao dia. O mapa nem sempre acompanha a dinâmica das mudanças no clima espacial, o que pode ter consequências, por exemplo, no funcionamento dos sistemas de piloto automático.

Laranja mostra o funcionamento de estações especiais, azul mostra smartphones. Fonte da imagem: Natureza 2024

A ionosfera do nosso planeta começa aproximadamente 50 km acima do nível do mar e se estende até 1.500 km. Consiste em partículas fracamente carregadas (ionizadas) localizadas no campo magnético do planeta. Dependendo da atividade do Sol, o volume de plasma ionizado pode aumentar ou diminuir, e essa heterogeneidade difere de uma área para outra e muda em tempo real. Assim, a dinâmica da ionosfera introduz constantemente erros nos dados GPS, o que afeta a precisão da determinação das coordenadas pelos receptores, por exemplo, smartphones.

Mapas atualizados regularmente permitem corrigir parcialmente esses erros, assim como um algoritmo faz em um smartphone. Porém, é impossível eliminar completamente os erros, uma vez que estações especializadas não monitoram constantemente a ionosfera e não estão localizadas em todos os lugares. Cientistas da Universidade do Colorado em Boulder (CU Boulder), juntamente com especialistas do Google, tiveram a ideia de usar milhões de smartphones comuns para monitorar a ionosfera. Eles são inferiores em precisão de coleta de dados a equipamentos científicos caros, mas compensam isso em números e cobertura. Ao conectar 40 milhões de smartphones em todo o mundo ao programa, os pesquisadores conseguiram monitorar a ionosfera do planeta com uma precisão sem precedentes e em tempo real.

Estações especiais de posicionamento global cobrem apenas 14% da ionosfera. A utilização de smartphones de forma voluntária e anónima aumentou este número para 21%. Os investigadores conseguiram observar fenómenos na ionosfera que não tinham sido observados anteriormente nesta escala: o movimento das “bolhas” ionosféricas para cima e para baixo, como a cera numa lâmpada de lava, a deflexão ionosférica sobre a Europa e as suas perturbações sobre a América do Norte. Os cientistas estão confiantes de que as perspectivas para esta abordagem de observação da ionosfera são enormes e ajudarão a melhorar significativamente a precisão dos sistemas de posicionamento global.

O trabalho dos smartphones neste programa é registrar o nível de desaceleração do sinal no receptor de posicionamento global. Isto é conseguido através do uso de um receptor de banda dupla padrão. Em comprimentos de onda mais longos, o sinal fica mais lento do que em comprimentos de onda mais curtos. A diferença nas medições permite determinar a densidade da ionosfera na linha de comunicação com os satélites. Os cientistas consideram-no uma ferramenta colossal e ainda subutilizada para estudar a ionosfera do nosso planeta.