Geofísica con teléfonos inteligentes: Colaboración colectiva con los datos magnéticos de la Tierra

Cuando está pronosticada una tormenta solar, Jannetta (Jae) Robinson cruza los dedos y enciende su smartphone. Utiliza CrowdMag, una aplicación que utiliza datos magnéticos de forma colectiva para ayudarnos a entender una de las fuerzas invisibles de la Tierra.

“El campo magnético nos protege de fenómenos como las erupciones solares y la radiación, pero también nos afecta a nosotros y a nuestros aparatos eléctricos. En la actualidad, esto es muy importante”, explica Jae.

Investiga los cambios en el campo magnético de la Tierra causados por el clima solar como becaria del programa de Experiencia de Investigación para Estudiantes Universitarios de la Comunidad, dirigido por el Instituto Cooperativo de Investigación en Ciencias Ambientales (Cooperative Institute for Research in the Environmental Sciences, CIRES) de la Universidad de Colorado.

Su proyecto utiliza CrowdMag en cuatro teléfonos inteligentes en sus instalaciones de la Universidad de Colorado en Boulder, así como en una de la Universidad de Alaska en Fairbanks, más cerca del polo norte de la Tierra, donde la señal magnética es más fuerte.

“Cada becario realiza un proyecto diferente. Hay algunos que investigan los ríos, los sedimentos de las riberas y las aves. Y en cierta forma mi proyecto está relacionado con todos los suyos. Entonces, eso es muy interesante”, señala Jae.

Hay muchas interrogantes importantes sobre el campo magnético de la Tierra en torno a la navegación por satélite, la meteorología espacial y la ecología. Incluso algunos estudios recientes demuestran que puede tener efectos fisiológicos y psicológicos en algunas personas.

Entonces, ¿cómo podríamos recopilar la enorme cantidad de datos magnéticos necesarios para hallar las respuestas?

CrowdMag surgió en un almuerzo durante una conversación en la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA).

“Pensamos, bueno, todos los teléfonos tienen magnetómetros integrados y hay miles de millones de teléfonos. Incluso si una pequeña fracción de la población del planeta recopilara datos, serían muchos”, explica Rick Saltus, investigador sénior del CIRES en la Universidad de Colorado en Boulder.

“Tal vez habría suficiente redundancia como para que, solo con agregar los datos, pudiéramos aprovechar algo”.

Rick (junto con su colega Manoj Nair) también dirige el programa CrowdMag en NOAA. Es el mentor de becarios como Jae que llevan unos cuantos años en la universidad y están interesados en adquirir experiencia en investigación.

Quiere que la geociencia esté al alcance de más jóvenes. ¿Qué mejor manera que una aplicación?

Creo que el aspecto fundamental es que la gente se dé cuenta de que la ciencia no es algo que sucede muy lejos. Lo importante es que sea accesible”, agrega Rick.

Por otra parte, NOAA elabora cada cinco años un modelo oficial y una previsión del campo magnético de la Tierra, que se utiliza para la navegación.

“Con el grupo en el que trabajo en NOAA y CIRES elaboramos el modelo magnético mundial oficial que se utiliza para la navegación y cada cinco años lo actualizamos. Además, intentamos hacer una proyección a futuro y decir lo que creemos que va a hacer, pero esa predicción se desmorona”.

Los proyectos de investigación y los datos de CrowdMag podrían aportar la información que el equipo de Rick necesita para hacer mejores predicciones.

Jae investiga la variación temporal del campo magnético y cómo la meteorología espacial le afecta. En su proyecto se comparan los datos de CrowdMag recopilados con el tiempo para ver cómo afectan los eventos solares a las lecturas magnéticas.

“Esperamos que contribuya a la investigación de la meteorología espacial y que aporte a los científicos más información sobre el ciclo solar”, afirma Jae.

La suerte nos puede sonreír si se produce una gran tormenta solar cuando estemos recopilando datos. Y quizá entonces podamos ver algo”.

El uso de los datos de CrowdMag supone un gran desafío: hay mucho mucho ruido.

“Un gran desafío, como es de esperar, es que los sensores de los teléfonos no están diseñados para esto”, explica Rick.

Encontrar una señal es mucho más difícil con un magnetómetro de teléfono móvil. Capta muchas más interferencias que los dispositivos más especializados. Uno de los puntos clave del programa CrowdMag es descubrir cómo hacer que los datos magnéticos de los teléfonos móviles se puedan utilizar.

“Es mucho más difícil encontrar una señal en el lugar donde estamos en la Tierra que en lugares como Alaska, ya que está más cerca del polo. Por eso trabajamos sobre todo con los datos de Alaska, porque es un poco más fácil encontrar esa señal”, explica Jae.

“Pudimos obtener una señal allí y muestra un poco de correlación con los datos del observatorio. Es muy interesante”.

Una solución es utilizar datos de áreas de gran latitud, donde la señal es más potente. Entender qué aspecto tiene en esa área ayudará a que la búsqueda de la señal en otras áreas sea un poco más sencilla.

Rick contempla un campo de aplicación aún más amplio para el estudio de los datos ruidosos.

Según Rick: “Lo que vayamos aprendiendo sobre las características del ruido del teléfono puede servir para depurar la base de datos global de la NOAA”.

“La red de observatorios no incluye la Tierra. Hay muchas partes de la Tierra sobre las que no tenemos datos. Lo ideal sería que pudiéramos utilizar los datos de CrowdMag para compensar esta carencia, incluso a baja resolución”.

En el caso de los estudiantes becarios, como Jae, CrowdMag ofrece una mirada a las geociencias. Se acercan a las fuerzas invisibles que nos rodean, con sus propios teléfonos como dispositivos de medición.

“Los teléfonos interactúan con el entorno de diferentes maneras, como la dependencia de la temperatura, por lo que hay una serie de factores que contribuyen al ruido del teléfono”, explica Jae.

“Es increíblemente interesante ver la diferencia de comportamiento entre un teléfono Apple y un teléfono Android, así como las diferencias entre los datos de Colorado y Alaska”.

También aprendió de primera mano cómo es un proyecto de investigación de campo. Y, al igual que sus datos, no era tan claro ni sencillo como esperaba.

No pensé que tendríamos tantos problemas para encontrar una señal y fue un poco frustrante. Pero, el proceso fue gradual y luego nuevamente. Y creo que ese proceso de intentar responder la interrogante es lo que más aprendizaje me ha aportado”, señala Jae.

Los estudiantes también tienen la oportunidad de trabajar con datos y transformarlos en ideas.

Introducimos los datos en Excel y, para visualizarlos, los representamos en un diagrama de dispersión. Utilizamos líneas de tendencia para eliminar el ruido. También trabajamos un poco con Python”, explica Jae.

Los estudiantes utilizan la codificación en Excel y Python como peldaños hacia un software más fiable, como Oasis montaj que Rick utiliza con frecuencia para depurar y modelar datos en NOAA.

Como puerta de entrada a la geociencia, CrowdMag parece funcionar.

“Estoy estudiando biología, así que quiero dedicarme a las ciencias medioambientales y, después de este proyecto, definitivamente a las geociencias”, cuenta Jae.

La aplicación CrowdMag representa también un gran experimento de ciencia civil. Cualquiera, desde donde sea, puede descargarse la aplicación y aportar datos sobre el campo en su localidad.

El geodínamo es el mecanismo de la Tierra que genera su campo magnético.

El campo magnético siempre actúa de forma imprevisible. Rick considera que la colaboración colectiva es una forma importante de solucionar las carencias de datos y saber cómo funciona.

“Ni siquiera la NASA, que dispone de enormes modelos matemáticos de la geodinámica, puede predecir realmente lo que hará después”, dice Rick.

“Una de las interrogantes esenciales, digna de un premio Nobel, es: ¿cómo funciona exactamente el geodínamo?”

Gracias a proyectos como CrowdMag que recopilan datos, tal vez la respuesta se obtenga de forma colectiva.