Исследователи совершили значительный прорыв в области наблюдения за нашей планетой, разработав инновационный подход к обработке данных со спутников связи. Этот метод позволяет извлекать ценную информацию о динамических процессах на Земле, включая климатические изменения и колебания гравитационного поля, что ранее было затруднительно или невозможно.
Вокруг Земли постоянно вращаются тысячи искусственных спутников, формируя плотную сеть связи. Ученые из проекта FFG Estimation в Институте геодезии Грацского технического университета (TU Graz) нашли способ улавливать и анализировать мельчайшие искажения в передаваемых этими спутниками сигналах. Эти микроскопические изменения несут в себе информацию о процессах, происходящих на поверхности и даже внутри планеты.
От подземных вод до орбиты: как земные процессы влияют на спутники
Оказывается, такие масштабные явления, как изменение уровня мирового океана или колебания запасов подземных вод, хоть и незаметны для нас, влияют на гравитационное поле Земли. Это, в свою очередь, слегка изменяет траектории движения спутников на орбите. Тщательно отслеживая эти орбитальные отклонения, ученые могут делать «обратные расчеты» и с высокой точностью определять, какие именно геофизические процессы вызвали изменения в гравитации.
«Рост популярности спутникового интернета, такого как Starlink, предоставляет нам доступ к огромному массиву мощных сигналов связи, — объясняет Филипп Берглез из Геодезического института. — Эти сигналы значительно превосходят по мощности и доступности сигналы традиционных навигационных спутников».
«Использование этой новой инфраструктуры для измерений сулит революционные возможности, — добавляет Берглес. — Мы получаем не только лучший сигнал, но и гораздо более высокое временное разрешение данных благодаря огромному количеству спутников. Это открывает путь к наблюдению за краткосрочными и даже почти мгновенными изменениями. Теперь мы можем в режиме, близком к реальному времени, отслеживать не только долгосрочные климатические тренды, но и такие события, как экстремальные ливни или внезапные изменения уровня моря».
Проблема доступа к коммерческим данным
Однако на пути исследователей встала серьезная преграда — коммерческая тайна. Частные компании, управляющие крупнейшими спутниковыми группировками (Starlink, OneWeb, Amazon), тщательно охраняют информацию о структуре своих сигналов, точных орбитах спутников и результатах измерений. Эта закрытость, обусловленная защитой интеллектуальной собственности и конкурентными преимуществами, долгое время блокировала доступ ученых к колоссальному объему потенциально полезных геофизических данных.
Работа с приблизительными или оценочными данными неизбежно вела к высокому уровню погрешности, что делало исследования малоэффективными. Прорыв произошел, когда команда из Университета Граца провела детальный анализ сигналов Starlink. Ученые обнаружили, что, хотя сам сигнал постоянно модулирован (имеет «звук»), его частота (или «высота тона») непрерывно и предсказуемо меняется.
Обратите внимание: Японские ученые осваивают технологии создания детей из клеток кожи.
Применив хорошо известный в физике эффект Доплера (изменение частоты волны в зависимости от скорости и направления движения источника относительно наблюдателя), исследователи смогли с высокой точностью — до 50 метров — определить местоположение спутников Starlink. Этот же принцип лежит в основе работы полицейских радаров и метеорологических станций.Пути совершенствования технологии
Несмотря на успешную проверку концепции, впереди у ученых много работы по повышению точности метода до нескольких метров. Первые испытания проводились с использованием стандартных, общедоступных антенн. Для достижения новых рубежей планируется несколько ключевых улучшений.
Во-первых, это переход на специальные антенны с функцией слежения за движущимися спутниками, способные принимать сигналы с разных направлений. Во-вторых, вместо одиночной антенны будет использоваться сеть из нескольких приемников. Их совместная работа по принципу триангуляции позволит многократно перепроверять данные и существенно снизить уровень ошибок.
Чем больше измерений будет собрано, тем точнее можно будет построить модель орбиты каждого спутника. Это создаст надежную основу для сверхточных расчетов колебаний гравитационного поля Земли. Параллельно ведутся исследования по разработке новых, более эффективных алгоритмов обработки принимаемых сигналов.
Перспективы и этические аспекты исследования
«Использование сигналов спутниковой связи для геодезических целей открывает перед нами колоссальный, ранее недоступный потенциал для изучения Земли в мельчайших деталях», — подчеркивает Берглесс.
«Сейчас наша главная задача — повышение точности. Как только мы этого добьемся, мы получим несравненно более четкую и детальную картину всех процессов, происходящих в нашем мире», — добавляет его коллега Берглейтц.
Исследователи также спешат развеять возможные опасения, связанные с конфиденциальностью. Они акцентируют, что их работа направлена исключительно на анализ физических параметров сигнала (частоты, времени задержки), а не на расшифровку его содержания.
«Мы хотим внести полную ясность: мы анализируем коммуникационные сигналы, но не можем и не стремимся узнать, какую информацию они несут, — заявляет Берглесс. — Для нас эти сигналы — лишь инструмент для позиционирования и орбитальных наблюдений, конечная цель которых — определение параметров гравитационного поля Земли».
Читайте все последние новости астрономии на New-Science.ru Читайте все последние новости технологий на New-Science.ruБольше интересных статей здесь: Новости науки и техники.