Mapear el cielo desde el bolsillo: cómo millones de celulares están ayudando a estudiar la atmósfera

Esta propuesta no solo serviría para entender mejor una parte caótica y poco explorada de nuestra atmósfera. Si se implementa a gran escala, podría reducir los errores de localización en varios metros, una diferencia crucial en contextos de emergencias.

ionosfera, smatphone
La ionósfera es una capa entre los 50 y 1500 km de altura repleta de partículas cargadas por la radiación solar, y es donde se producen las auroras

Arriba, muy arriba, donde la atmósfera empieza a fundirse con el espacio, existe una región de la que poco sabemos todavía, y a la que los científicos llaman ionosfera. Una capa invisible a simple vista, pero vital para nuestras vidas conectadas: es la responsable de distorsionar (o no) las señales de comunicación que vienen desde los satélites. Y aunque siempre estuvo, hasta ahora era difícil llegar ahí para estudiarla.

Pero hoy, millones de teléfonos inteligentes en todo el mundo están cambiando esa historia.

La propuesta suena tan simple como revolucionaria: usar los sensores GNSS (Sistema Global de Navegación por Satélite) de los celulares para mapear la ionosfera en tiempo real. Detrás de la idea está Brian Williams y su equipo de Google Research en California, que se preguntaron: ¿y si, en vez de considerar que la ionosfera arruina la señal GPS, usamos esa interferencia para estudiarla?

La clave está en que muchos smartphones modernos captan señales GNSS en dos frecuencias distintas. Al analizar cómo varían esas señales al atravesar la ionosfera, una capa entre los 50 y 1500 km de altura repleta de partículas cargadas por la radiación solar, se puede estimar cuántos electrones libres hay en ese momento y lugar.

Esos electrones ralentizan las señales satelitales, y si no se corrige ese retraso, pueden producir errores de varios metros en la ubicación de un GPS. La propuesta promete mejorar la precisión del GPS, especialmente en lugares donde hoy los mapas ionosféricos son incompletos o directamente no existen.

Una red planetaria sin torres ni antenas

La ionósfera se forma cuando la radiación solar golpea los gases de la atmósfera superior y arranca electrones de sus átomos, creando un plasma de partículas cargadas. Este proceso varía todo el tiempo: durante el día y la noche, con las estaciones, y especialmente cuando hay actividad solar intensa, como tormentas solares. Esos cambios afectan las señales de radio que viajan desde los satélites a nuestros dispositivos, produciendo errores que pueden desviar una ubicación varios metros.

Para compensar esas fallas, los satélites de navegación envían señales en dos frecuencias diferentes, y estaciones terrestres especializadas las analizan para calcular cuántos electrones hay en la ionosfera en cada momento. Pero instalar estas estaciones es caro, y la mayoría está concentrada en países desarrollados. África, India, el Sudeste Asiático y buena parte de América del Sur están llenos de vacíos en el mapa.

Ahí es donde los celulares marcan la diferencia: hay millones, están encendidos, tienen sensores y están en todas partes. Aunque cada uno por separado haga mediciones imperfectas, porque sus antenas no son las mejores y están rodeadas de edificios o del cuerpo del usuario, la suma de millones de datos compensa esas fallas.

“En lugar de pensar que la ionosfera interfiere con el posicionamiento GPS, podemos invertir el enfoque y considerar el receptor GPS como un instrumento para medir la ionosfera”, explicó Williams.

Más datos, mejor mapa

En sus pruebas, el equipo recopiló datos de millones de teléfonos Android, preservando la privacidad de los usuarios. Y el resultado fue sorprendente: duplicaron la cobertura de los mapas tradicionales y detectaron variaciones que antes pasaban desapercibidas.

Los investigadores crearon un sistema que recopila datos GNSS de millones de teléfonos sin identificar a sus usuarios, respetando la privacidad. Luego, con algoritmos de calibración cruzada, comparan las señales y corrigen los errores para construir un mapa más preciso de la ionosfera.

Por ejemplo, encontraron burbujas de plasma sobre India y Sudamérica, observaron los efectos de una tormenta solar sobre América del Norte y una disminución en la densidad de electrones libres sobre Europa.

Jade Morton, ingeniera de la Universidad de Colorado que participó del estudio, explicó que gracias a la colaboración abierta “podemos usar los teléfonos para cambiar nuestra comprensión del entorno espacial”.

¿Para qué sirve esto?

Además de sumar al conocimiento sobre una región errática de la atmósfera, esta técnica podría mejorar la precisión del GPS en todo el planeta. Con mapas ionosféricos más detallados, los errores de ubicación se reducirían varios metros.

Williams da un ejemplo concreto: “Los dispositivos podrían diferenciar entre una autopista y una carretera secundaria paralela y accidentada. Esto podría garantizar que los socorristas lleguen al lugar correcto más rápido”.

Y como si fuera poco, también se abre una nueva puerta: convertir a los celulares en herramientas científicas. Esos mismos dispositivos que usamos para pedir comida o grabar un reel de Instagram pueden ayudarnos a entender mejor el cielo.

Una vez más, la tecnología muestra que, en ciencia, no siempre hace falta mirar más lejos. A veces, alcanza con mirar lo que ya tenemos en la mano.

Referencia de la noticia:

Smith et al. Mapping the ionosphere with millions of phones. Nature, 2024.