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万万没想到!除了导航 GPS能干的事还多着呢

手机行情 快科技 2020-01-02 10:17:19
[摘要]GPS全球定位系统是城市导航的专家,人们甚至可以依靠GPS设备徒步穿越偏远地区。

  GPS全球定位系统是城市导航的专家,人们甚至可以依靠GPS设备徒步穿越偏远地区。

  一系列卫星向地球表面发送信号,而GPS接收器通过测量信号到达的时间来确定你的位置,精确至1到10米内,更昂贵的接收器能精确定位到厘米,甚至是毫米。

  利用这些精细的信息,再加上分析信号的算法,研究人员发现,GPS可以告诉他们更多关于这个星球的信息。

  在过去的十年里,GPS帮助科学家描绘出地震期间地面是如何移动的,并为山洪、火山爆发等自然灾害提供了预警。研究人员甚至把一些GPS接收器改造成了雪地传感器、潮汐仪和其它一些意想不到的测量工具。

  来自科罗拉多大学博尔德分校的地球物理学家Kristine Larson表示:“最初提起这些应用时,人们认为我疯了,但最终我们做到了。”

  1、探测地震

  几个世纪以来,科学家一直依靠地震仪来评估地震的震级与危害程度。地震仪可以测量地面震动的程度,但GPS不同,它追踪的是地质过程,例如地壳板块相互磨擦的速度。

  大多数人认为GPS无法精确、快速地测量出地震的位置,因此无法用于评估地震。但事实证明,科学家可以从GPS卫星传送到地球的信号中提取到额外的信息。

  这些GPS信号分为两部分。一个是代码,即一系列的0和1,另一个则是一种载波信号,负责传输代码。载波信号的波长较短,仅有20厘,但编码的波长较长,可以达到几十或几百米,因此载波信号便能以高分辨率精确定位地球表面的一个点。

  工程师们还提高了GPS接收器更新其定位的速度,即以每秒20次或更快的频率刷新数据。研究人员意识到他们可以如此迅速地进行精确测量,便开始使用GPS来研究地震。

  2011年,研究人员获取到了日本9.1级地震的GPS数据,数据显示,海底在地震中移动了惊人的60米。

除了导航 GPS能干的事还多着呢

  科托帕希火山 来源:Silvia Vallejo Vargas/Insituto Geofisico, Escuela Politecnica Nacional (Quito, Ecuador)

  2、监测火山

  许多火山周围都有GPS接收器,因为岩浆往地下移动通常会导致地表移动。通过监测火山周围GPS上升和下降的情况,研究人员能了解到熔岩正在哪里流动。

  在去年夏威夷基拉韦厄火山大喷发之前,研究人员就使用GPS来了解火山的哪些部分移动得最快,接着利用这些信息来决定从哪些地区开始疏散居民。

  即使是在火山爆发后,GPS数据也有用处。信号想从卫星传到地面就必须穿过火山的喷射物。2013年,几个研究小组发现阿拉斯加州雷道博特火山喷发后不久,信号就被扭曲了。

  根据这些被扭曲的数据,科学家们可以估算出火山灰的喷射量和速度。

  3、探测降雪

  一个典型的GPS接收器,除了头顶卫星的信号,也能接收到地面反射的信号。

  多年来,科学家们一直以为这些信号只是噪音,但从大约15年前开始,他们发现,通过地面反射信号的频率以及这些信号的组合方式,他们可以推断出回声反射的表面性质。Larson表示:“我们只是对回声进行了反向工程。”

  这种方法可以让科学家了解到土壤中含有多少水分,或是地面上堆积了多少雪(地面降雪越多,回波和接收器之间的距离就越短)。GPS站甚至可以用作传感器来测量雪的深度,例如建设在以积雪为主要水资源的山区。

  4、分析大气

  除了上面提到的应用,GPS还能用于梳理天空中蕴含的信息。

  GPS信号在大气中的传播会因水蒸气、带电粒子和其它因素延迟,因此科学家们便利用GPS来研究大气中的水汽含量,继而计算出在一场倾盆大雨中,会有多少水从天上落下。在2013年7月的一场风暴中,气象学家利用GPS数据来追踪季风水汽的移动,结果证明,这是山洪爆发前17分钟发出的警告。

  当GPS信号穿过电离层时也会受到其中带电粒子的影响。于是,科学家们用GPS数据来追踪电离层的变化,因为海啸在大气中产生的变化会一直波及到电离层。有朝一日,这项技术甚至有可能会成为海啸预警的一部分。

编辑:齐少恒

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