物理学：スマートフォンによる電離層の変化のマッピング
Nature
何百万台ものスマートフォンから集められた測定値は、地球の電離層に関する包括的な地図を作成するために使用することができ、より精度の高い全地球測位システムにつながるかもしれないことを報告する論文が、Nature に掲載される。
電離層は、太陽風や地磁気嵐の影響を受ける自由電子から構成される地球の大気圏上部である。地球の周りを回る衛星から地球に送られる電波は、電離層内の異なる領域における電子の挙動によって速度が異なり、例えば地球の全地球測位システムを搭載した衛星の精度に影響を与える。電離層内の電子濃度を追跡することで、電波速度の差異を補正することができるが、地上設置型の全地球航法衛星システム（GNSS：Global Navigation Satellite System）受信機で生成された地図には、空白部分が生じる可能性がある。
Brian Williamsらは、何百万台ものAndroid（アンドロイド）スマートフォンから匿名化された測定値を使用して、電離層とその動的状態の地図を作成した。これは、従来の地上設置型受信機の2倍のカバー範囲である。一部のAndroidスマートフォンには、大型の地上設置型受信機と同じ測定値を収集できるデュアル周波数GNSS受信機が搭載されている。1日あたり、約4,000万台の携帯電話が生成する電離層マップと、2023年の2か月間に9,000台のGNSS受信機が生成する電離層マップを比較したところ、両者のマップには高い一致性が見られることが分かった。Williamsらは、携帯電話と地上設置型受信機は世界中に存在しているが、東ヨーロッパ、インド、南アジア、および南米とアフリカの一部では携帯電話のほうがより多くカバーされているため、これらの地域上空の電離層のマッピングがより正確になる可能性があると指摘している。
著者らは、Android携帯電話の技術は、GNSS地上設置型アレイよりもはるかに小型で洗練されていないため、測定ノイズの量が増加するという明確な限界があることを認めている。
Smith, J., Kast, A., Geraschenko, A. et al. Mapping the ionosphere with millions of phones. Nature 635, 365–369 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08072-x
Aggregated measurements from millions of smartphones could be used to create a comprehensive map of the Earth’s ionosphere, leading to better global positioning systems, according to a paper published in Nature.
The ionosphere is the upper portion of Earth’s atmosphere consisting of free electrons, which are influenced by solar winds and geomagnetic storms. Radio waves from satellites to Earth travel at different speeds based on the behaviour of electrons in different areas of the ionosphere, influencing the accuracy of satellites that house Earth’s global positioning systems, for example. Tracking the electron concentration in the ionosphere can help correct for differences in wave speeds, but maps generated with ground-based Global Navigation Satellite System (GNSS) receivers may have gaps.
Brian Williams and colleagues used de-identified measurements from millions of Android smartphones to generate a map of the ionosphere and its dynamic conditions, which is double the coverage of traditional ground-based receivers. Some Android phones feature dual-frequency GNSS receivers which can make the same measurements as the larger ground-based receivers. In comparing ionosphere maps generated by approximately 40 million phones per day to that from 9,000 GNSS receivers across a two-month period in 2023, the authors found that there was a high level of agreement between the maps produced. Williams and colleagues note that although both phones and ground-based receivers are located across the globe, there is greater coverage of phones in Eastern Europe, India, South Asia and parts of South America and Africa, leading to potentially better mapping of the ionosphere over those locations.
The authors acknowledge that a clear limitation is that the technology in Android phones is much smaller and less sophisticated than GNSS ground-based arrays, which can increase the amount of measurement noise.
doi: 10.1038/s41586-024-08072-x
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