Starlink訊號隱藏氣候追蹤器？科學家發現革命性新方法

科學家最近發現了一種新方法，能夠從衛星巨型星座中解鎖隱藏的資料，即時追蹤地球的變化。透過利用都卜勒效應，研究人員成功分析了來自Starlink及類似網路的訊號，揭示了氣候、海平面及天氣模式的洞察。雖然精確度仍有待提升，但這種全球觀測的潛力巨大。

在科學研究中，可靠的資料是最有價值的工具之一。科學家能夠獲取的資料來源越多，他們的研究結果就越準確。直到最近，導航與衛星測地學的研究人員才發現了一個被忽視的機會——雖然有成千上萬的衛星在巨型星座中繞地球執行以進行通訊，但它們的訊號卻無法用於定位或地球觀測。

現在，透過FFG專案「Estimation」，格拉茨科技大學（TU Graz）測地學研究所的科學家找到了一種方法，能夠利用這些先前未被開發的訊號。透過將這些訊號與導航和研究衛星的資料結合，他們希望提高我們追蹤地球環境變化的精確度。

基於衛星的地球觀測依賴於檢測海平面、地下水水位及其他環境因素的變化，這些變化會微妙地改變地球的引力場，從而影響衛星的軌跡。透過分析這些軌道變化，科學家能夠提取有關地球的寶貴資料。

測地學研究所的Philipp Berglez表示：「衛星網路的普及意味著我們擁有大量的通訊訊號，這些訊號在數量和強度上都遠遠超過導航衛星。如果我們能夠將這些訊號用於測量，不僅能獲得更好的訊號可用性，還能借助大量衛星提高時間解析度，從而觀察短期變化。」

實現這一專案的一大挑戰在於，包括Starlink、OneWeb及亞馬遜的Kuiper專案在內的衛星運營商並未公開其訊號結構的資訊，且這些訊號不斷變化。此外，缺乏精確的軌道資料或與衛星的距離測量，這也為計算帶來了潛在的誤差來源。

儘管如此，研究人員透過分析Starlink訊號，找到了一種實現所需應用的方法。他們在訊號中檢測到持續可聽的聲音，並利用都卜勒效應，研究這些固定音調在衛星靠近和遠離接收器時的頻率變化。這使得定位的精確度達到了54公尺。雖然這對於測地應用來說還不夠理想，但迄今為止的研究僅使用了固定的商用衛星天線來測試和驗證測量方法的基本原理。

現在的目標是將精確度提升至僅幾公尺。這將透過能夠追蹤衛星或從不同方向接收訊號的天線來實現。此外，還計劃在多個地點進行測量，以提高精確度並減少誤差的影響。隨著更多測量資料的加入，研究人員能夠計算出更精確的軌道資料，從而進一步提高定位和地球引力場計算的準確性。導航工作組還希望開發新的訊號處理方法，從這些對測地應用來說較為特殊的訊號中過濾出更精確的測量資料。

Philipp Berglez總結道：「透過將通訊訊號用於測地學，我們揭示了更詳細研究和測量地球的巨大潛力。現在的重點是提高精確度。一旦我們成功做到這一點，我們將能夠更精確地理解地球正在經歷的變化。為了避免誤解，我想明確一點：我們在這裡分析的是通訊訊號，但我們無法也不想知道其內容。我們僅將其用於定位和觀測軌道，以確定地球的引力場。」

會議：AHORN 2024
資金來源：奧地利研究促進機構