Mystiske afbrydelser i GPS’er omkring ækvator forklaret

Når satellitter passerer ækvator mellem Afrika og Sydamerika, falder deres GPS-drevne navigationssystemer ud i nogle minutter.

De mystiske udfald har længe været kilde til stor undren, men nu er det endelig lykkedes en gruppe forskere at finde frem til en forklaring på fænomenet.

Det viser sig, at udfaldene hænger sammen med vildt rumvejr; mere specifikt voldsomme tordenstorme ca. 300-600 kilometer over Jordens overflade, i den såkaldte ’ionosfære’.

»Tordenstorme i ionosfæren er et velkendt fænomen, men det er først nu lykkedes at finde den direkte sammenhæng mellem udfaldene af GPS-systemet og tordenstormene,« forklarer professor Nils Olsen, som arbejder ved DTU Space og er videnskabelig leder på Swarm-projektet, hvis data blev brugt i undersøgelsen.

GPS’er er afhængige af satelliter

GPS-modtagere i for eksempel biler eller mobiltelefoner på Jorden er afhængige af konstant at kunne modtage signaler fra GPS-satellitter i bane om Jorden for at kunne bestemme deres præcise position.

Uden kontakt til GPS-satellitterne er det umuligt at bestemme positionen. Derfor er det af stor interesse at finde ud af, hvad de mystiske udfald omkring ækvator kunne skyldes.

Nu, hvor forskerne for første gang kan koble udfaldene sammen med vilde rumvejrshændelser, kan de også arbejde på at få forbedret GPS-systemerne, fortæller professor Claudia Stolle fra det tyske GeoForschungsZentrum i Potsdam. Hun var med til at undersøge Swarm-satelliternes målinger, der førte til opdagelsen.

»Nu ved vi med sikkerhed, hvorfor GPS-signalet bliver forstyrret, så vi kan arbejde på at lave det mere stabilt,« siger hun via en telefonforbindelse fra Tyskland.

Første direkte måling af sammenhæng

Opdagelsen er gjort ved hjælp af observationer fra Swarm-satellitterne, der er sat i verden for at måle på Jordens magnetfelt.

I virkeligheden har man længe haft en mistanke om sammenhængen, fortæller Claudia Stolle, men det er første gang, at det har været muligt at måle den direkte.

Det skyldes, at Swarm som det eneste rumfartøj både måler på plasma i ionosfæren og på GPS-signalerne.

»Vi har aldrig før haft mulighed for at måle på de to fænomener på samme sted, men det har vi fået med Swarm. Tidligere har vi haft GPS-målinger eller plasma-målinger, men nu har vi for første gang begge dele fra samme rumfartøj,« siger hun.

Ikke længere ‘bare’ forstyrrelser

Tordenstormene finder sted i ionosfæren, som er en del af den ydre atmosfære. Her bliver atomer ioniseret af sollyset, og det fremkalder såkaldte ’frie elektroner’ – elektroner, der ikke er bundet til et bestemt atom.

En tordenstorm i ionosfæren giver turbulens i elektronerne, så der skabes små ’bobler’ med meget lidt eller intet ioniseret materiale. Boblerne ’afbøjer’ GPS’ens elektromagnetiske signaler – og forårsager det midlertidige tab af forbindelse til satellitten.

Nu hvor forskerne har fastslået en sammenhæng mellem stormene og GPS-målingerne, kan de også bruge GPS til at observere rumvejret i større detalje, fortæller Claudia Stolle.

»Med denne viden kan vi bruge GPS-målinger til at undersøge ionosfæren. På den måde er udfaldene faktisk ikke længere ’bare’ forstyrrelser, men også informationer til os om, hvad der sker ude i rummet.«

Bedre forudsigelser af rumvejr

Forudsigelser af rumvejret kan eksempelvis være interessant i turisme-sammenhænge, hvor det vil være en fordel at kunne forudsige, hvornår der skabes nordlys. Nordlys er relateret til ionosfæriske strømme, som kan aflæses i geomagnetiske målinger.

Men også flytrafikken mellem særligt Europa og USA påvirkes og tilrettelægges i forhold til de magnetiske storme, så flypersonale og passagerer udsættes for mindst mulig stråling, forklarer Nils Olsen.

»Ved hjælp af magnetiske data både fra Swarm og fra stationer ved jordoverfladen, som vi foretager på DTU’s 18 geomagnetiske målestationer i Grønland, regner vi med i fremtiden at kunne blive bedre til at forudsige rumvejret,« slutter han.