Název samozřejmě nemá evokovat žádné krádeže, ale věnuje se mnohem přirozenějšímu fenoménu, kterého si pozemní týmy všimly už dříve. Mnoha lidem vrtalo hlavou, proč se GPS systémy na družicích, které obíhají po nízké oběžné dráze, občas zblázní a přijde jejich blackout. Nejčastěji k těmto jevům dochází při přeletu rovníku nad Atlantikem, tedy mezi Jižní Amerikou a Afrikou. Analýza dat z družic Swarm ukazuje, že tento problém s velkou pravděpodobností souvisí s bouřemi v ionosféře.

Signály z družic GPS (žluté čáry) mohou být přerušeny, pokud družice na nízké oběžné dráze vletí do rovníkové plasmatické nepravidelnosti. Zelená čára je graf profilu elektronové hustoty, kterou naměřila sonda Swarm během této anomálie.
Zdroj: http://www.esa.int/

Trojice identických družic Swarm se do vesmíru vydala v roce 2013 za účelem výzkumu magnetického pole naší planety. Tyto satelity obíhají kolem Země po nízké oběžné dráze a jako na mnoha dalších najdeme i na nich GPS senzory. Operátoři mají díky nim jistotu, že se družice nachází na správných oběžných drahách a zároveň se údaj o pozici hodí při sběru vědeckých dat – lokalizace sledovaného jevu je totiž pro celkové pochopení velmi důležitá.

Družice Swarm jsou tedy ideálními zástupci, pro problém, který jsme si popsali v úvodním odstavci – jsou na nízké oběžné dráze a mají GPS přijímač. Ztráty signálu se opravdu těmto družicím nevyhýbaly. Za první dva roky služby došlo k celkem 166 výpadkům. Podle nejnovější studie, která je založena právě na datech ze satelitů Swarm, to vypadá, že problémy s příjmem GPS signálu mají svůj původ ve výšce 300 – 600 kilometrů nad Zemí. Pravděpodobně fenomén problémů GPS signálu souvisí s bouřemi v ionosféře.

Červené tečky zobrazují místa, kde sondy Swarm ztratily GPS signál. Modrá čára znázorňuje geomagnetický rovník
Zdroj: http://www.esa.int/

„Bouře v ionosféře známe velmi dobře, ale nyní jsme dostali možnost prokázat přímou spojitost mezi těmito bouřemi a ztrátou signálu GPS,“ popisuje Claudia Stolle z výzkumného ústavu GFZ v německé Postupimi a dodává: „Dokázali jsme to díky satelitům Swarm, protože právě ony jako první v historii používají GPS s vysokou přesností a vzory v ionosféře můžeme sledovat s velkou rozlišovací schopností.“

Ionosférické bouře nastávají, když velké množství elektronů v ionosféře projde velkou a rychlou změnou. Podle všeho se zdá, že k tomu dochází blízko zemského magnetického rovníku většinou během několika hodin mezi soumrakem a půlnocí. Jak už název napovídá, v ionosféře jsou atomy rozkládány slunečním zářením, takže vznikají ionty a volné elektrony. Ionosférická bouře tyto volné elektrony rozhází a vytvoří malé „bubliny“, které obsahují velmi málo ionizovaného materiálu, nebo dokonce vůbec žádný. Právě v těchto bublinách se signál z GPS rozptyluje, takže přijímače na sondách (třeba na Swarm) pak ztrácí přehled.

Neviditelná ochranná vrstva kolem naší Země byla na této vizualizaci zvýrazněna.
Zdroj: http://www.esa.int/

Podle analýzy dat se zdá, že z výše zmíněných 166 ztrát signálu byly ve 161 případech viníkem ionosférické bouře. Zbývajících pět ztrát nastalo naopak v polárních oblastech a jejich původcem byl silný sluneční vítr, který rozechvěl ochrannou zemskou magnetosféru. Vyřešení záhady těchto blackoutů ale není dobrá zpráva jen pro družice Swarm, ale i pro další satelity na nízké oběžné dráze, které potkávají stejné potíže. Technici už znají fyzikální podstatu problému a mohou vylepšit GPS přijímače pro další mise tak, aby byly proti tomuto fenoménu odolné.

„Ve světle těchto poznatků navíc můžeme vyladit přijímače GPS na družicích Swarm, aby byly odolnější a zažívaly méně blackoutů,“ vysvětluje Christian Siemes, který se v ESA podílí právě na misi Swarm a dodává: „Důležité je, že jsme schopni měřit drobné variace GPS signálu, což se hodí nejen pro vývoj GPS modulů, ale může se použít i pro vědecký výzkum dynamiky horních vrstev atmosféry.“

Jeho slova jen potvrzuje Rune Floberghagen, hlavní vědec mise Swarm: „To, čeho jsme nyní svědky, je krásná ukázka technické výzvy, která se proměnila v zajímavou vědeckou studii. Tohle je čirá esence významu misí, které zkoumají Zemi a mezi které patří i Swarm. Ukazuje se, že GPS signál je velmi užitečná pomůcka pro chápání dynamických jevů v atmosféře i toho, jak naše plynná obálka reaguje na solární aktivitu. Možná budeme jednoho dne schopní najít souvislosti mezi ionosférickými bouřemi a blesky, které vidíme ze Země.“

Zdroje informací:
http://www.esa.int/
http://www.dailymail.co.uk/
https://eandt.theiet.org/

Zdroje obrázků:
http://www.esa.int/…/10/gps_interruptions/16207124-1-eng-GB/GPS_interruptions.jpg
http://www.esa.int/…/10/gps_losses/16207158-1-eng-GB/GPS_losses.png
http://www.esa.int/…/14265082-1-eng-GB/Earth_s_protective_shield.jpg