A mobiltelefonokkal, űridőjárás megfigyelést lehetne végezni. A földről.

A NASA-nál dolgozó Sten Odenwald négy eltérő típusú mobiltelefonnal végzett kutatást, amelyben a föld mágneses zavarainak változását figyelte.

Az iPhone 3GS a 2009-es megjelenésekor, egy Hall efektust kihasználó magnetométert tartalmazott. A chip, működési elve nagyon leegyszerűsítve annyi, hogy egy mágneses térbe helyezett vezetőt vagy félvezetőt feszültség alá helyezünk, akkor a vezető két oldalán potenciál különbség alakul ki. Ennek a potenciálkülönbségnek a mértéke a mágneses tér változásának mértékében változik. Ezt pedig, egyszerű érzékelni.

Mint minden más technológia, úgy ez a magnetométer is egyre olcsóbb lett, a technológia fejlődésének köszönhetően. Így, egyre több gyártó kedzte el használni a telfonjaiban. Ennek köszönhetően pedig, a chip-et kihasználó alkalmazások száma is megnőtt. Ilyenek pl. az iránytű vagy a fémdetektor alkalmazás, stb…

Míg az okostelefon-magnetométerek széles körben elterjedtek, nem volt világos, hogy az ilyen alkalmazások működését, hogyan befolyásolják a Föld mágneses mezőjének a napviharok által okozott zavarai. Ezek a zavarok, összefüggésben vannak az olyan jelenségekkel, mint például a korona kilökődés.

Jelentős hibák

A mobiltelefonok vizsgálatának segítségével, Sten Odenwald megállapította, hogy az okostelefonok magnetométereinek mérési adatait jelentős mértékben befolyásolhatják, a föld mágneses terének a napviharok által okozott változásai.

Odenwald négy népszerű okostelefon-modellt tesztelt: az iPhone 6s készüléket, valamint a Samsung Galaxy S9, Galaxy S8 és Galaxy Note 5 modelljeit. Mindegyik telefon magnetométerét kétféleképpen értékelték.

Először Odenwald szintetikus magnetométer-adatokat készített két geomágneses vihareseményre. A tényleges mágneses megfigyelő adatokat egyesítve, az egyes szenzorok tipikus zajprofiljával.

Másodszor, mindegyik okostelefont valódi mágneses mezőnek vetettek alá, amelyet egy Helmholtz-tekercs generált. Ennek segítségével maghatározták a magnetométerek abszolút reakcióképességét, a körülbelül 1 µT-ás /mikro tesla/ zavarokra.

Ez a Föld mágneses térerősségének egy-két százaléka, és egyenértékű mind a napviharok okozta változásokkal, mind a magnetométer-alkalmazások érzékenységével.

A négy tesztelt okostelefon közül a legérzékenyebbnek az iPhone 6S, és a Galaxy Note 5 bizonyult. Ezek a telefonok, az erősebb viharokat 8-as jel-zaj arány mellett észlelték.

Auroral zóna

Odenwald rámutat, hogy a tesztelt eszközök mindegyikében használt magnetométer chipek, 2012–13 évjáratúak. Ez azt jelenti, hogy az újabb telefonmodellek, fejlettségüknek köszönhetően, lényegesen jobban teljesítenek.

A szimulált viharadatok azt eredményei szerint megállípétották, hogy az okostelefon-magnetométerek érzékenyebbnek bizonyultak a közepes, és magas szélességi fokokon.

Ez megfelel az úgynevezett aurorális zónának, ahol a viharok, a legnagyobb geomágneses változásokat okozzák. 38°-nál alacsonyabb szélességeken, ahol a geomágneses változások nem olyan nagyok, a hatás nem volt annyira hangsúlyos.

Odenwald megállíptotta, hogy bizonyos körülmények között jelentős, akár több fokos eltérést is okoozhatnak az iránytú alkalmazásoknál a napviharok okozta geomágneses változások.

Ezek az eltérések, komoly probláémát is jelenthetnek az olyan, alkalmazásoknál mint pl. tájfutó alkalmazások, vagy az olyan navigációs alkalmazások amelyek nem a GPS jeleket használják, hanem a magnetométer chip adatait dolgozzák fel.

A nagy napviharok, viszonylag ritkának számítanak. Még a szolármaximumok alatt is, legfeljebb havonta egyszer tapasztalhatjuk.

Egyedülálló lehetőség

Odenwald szerint, a magnetométerek érzékenysége „egyedülálló lehetőséget kínál a geomágneses mezőben bekövetkező globális változások tudományos tanulmányozására a jelentős napviharok során”.

Ciarán Beggan, a Brit Geológiai Intézet geofizikusa egyetért ezzel de arra is rámutat, hogy a környezeti zaj jelentős akadályt jelent.

„Megoldható, hogy mobiltelefonokat használjunk a geomágneses vihar észlelésére, és vannak ilyen projektek, amelyek már használják a telefonos magnetométereket. De azt is, hozzáteszi: „azonban, a valódi probléma inkább az, hogy az ember által előidézett zajtól elég nehéz megkülömböztetni a természetes jeleket. A legnagyobb gondot pedig a mesterséges zajok által keltett interferencia okozza. Az sem elhanyagolható tény, hogy telefonokban használt magnetométerek általában véve is zajosak, amint azt [Odenwald művében] bemutatjuk”.

Tiszta mágneses jelek

Beggan azt is mondja: „A geomágnesesség mérésének szempontjából sokkal jobb az, ha van néhány igazán jó, kiváló jel-zaj aránnyal dolgozó, nagy pontosságú magnetométer, amelyek képesek érzékelni a finom viharokat mint az, ha gyengébb adatok millióit kezdenénk el feldolgozni. Olyan adatokat, amelyek egy jó műszerhez képest nagyon pontatlanok, emellett egy általunk ismeretlen interferencia is befolyásolhatja a méréseiket. Jelenleg azt gondolom, hogy a telefonos magnetométerek nem elég érzékenyek a nagy viharok méréséhez.”

Erre reagálva Odenwald, a Physics World-nek elmondta, hogy elképzelése szerint egy okostelefon-tömböt „oktatási célokra, nem pedig tudományos kutatásra” kellene használni. Ezzel, a középiskolai fizikatanárok számára is lehetővé tehetnék, hogy megvizsgálják az föld mágneses terének, napkitörések által okozott változásait. A kapott adatokat pedig oktatási céllal használhatnák fel.

Odenwald, most olyan szoftver kifejlesztésének lehetőségét keresi, amely képes feldolgozni az egyesült államokban használt okostelefonos-mérések százait.

Forrás:
A tanulmány leírása
Sten F Odenwald
Dr Ciaran Beggan
Hall-effektus
Az eredeti cikk