地球大氣層中有一個電離層，充滿了游離的電子；這些游離的電子會影響我們地面上電訊溝通，因此對這個電離層有更多的認識，會對我們的生活有莫大益處。大家可能沒有想過，我們手中就已經拿着可以量度電離層的工具。今次就和各位分享一下近日的一個相關研究。

電離層位於地球大氣層的頂端，當中電子經常因為來自太陽的輻射，或其他高能量的宇宙射線而變成游離的狀態。2022年2月一場龐大的太陽風暴，增加了電離層中電子數量，減慢了太空中人造衛星的運作，以致多達38個衛星脫離了它們原定的軌跡，反映出電離層對我們的影響可以有多大。這些太空天氣亦會影響地面定位的準確度，或是在高壓電纜中引發有害的電流。

一般來說，導航衛星向地面的儀器發出信號，再量度發出信號和收到信號的時間差距，就可以計算出衛星和地面儀器的距離；再加上同時量度同一個儀器和多個衛星的距離，就能夠推斷出儀器的位置。不過，電離層中的游離電子會減慢信號的傳送，多少視乎電離層中電子密度的高低；反過來說，經由傳送不同頻率的信號，我們可以從信號被減慢了多少去計算出電離層的電子密度。

一直以來，科研人員都有在運用地面的信號收發站來監察電離層，然而很多地方未必有足夠的收發站，例如非洲、印度、南美洲大部分地區及兩極範圍。但是，現下大多數人手中都有的智能手機本身就是一部信號收發站，可以用來補足我們對電離層的認識。近日，就有研究在不影響用戶私隱的前提下，運用手機信號傳送的數據來進一步測量電離層電子密度。

不過，用手機來進行量度不是太準確，手機的誤差比地面科學級數的收發站大100倍，手機會跟隨用家四處走動，也只會間斷地收發信號，不像收發站會留在固定的地方連續不斷地收發信號。當用家在室內的時候，手機的信號更會在室內到處反彈，導致更多的誤差。幸好可運用的手機數據較多，研究人員可以找出在附近地方收發的數據再利用它們的平均數作計算，運用平均數將個別數據中的隨機誤差互相消除。

大眾齊參與 助科學進步

利用這些手機數據，研究人員在非洲和印度靠近赤道的地方，發現電離層有一些電子密度較低的部分。這個是之前無法發現的，因為當地沒有足夠的收發站。在以後科研人員可以繼續監察這些部分，留意它們對地面通信的影響。

長遠來說，研究人員可以運用更多的手機數據、更多的信號衛星來更詳細地監察電離層。這次分享的研究亦只用了日間的手機數據；倘若再加上夜間的數據，應該能夠有更深入的發現。

小結

科學也可以是共同參與的。今次分享的故事希望能告訴大家，在維護各位隱私的前提下，大眾的參與可以讓科學研究更進一步。

●杜子航 教育工作者

早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。