GPS真的只能用來(lái)定位導(dǎo)航嗎

GPS全球定位系統(tǒng)是城市導(dǎo)航的專(zhuān)家，人們甚至可以依靠GPS設(shè)備徒步穿越偏遠(yuǎn)地區(qū)。

一系列衛(wèi)星向地球表面發(fā)送信號(hào)，而GPS接收器通過(guò)測(cè)量信號(hào)到達(dá)的時(shí)間來(lái)確定你的位置，精確至1到10米內(nèi)，更昂貴的接收器能精確定位到厘米，甚至是毫米。

利用這些精細(xì)的信息，再加上分析信號(hào)的算法，研究人員發(fā)現(xiàn)，GPS可以告訴他們更多關(guān)于這個(gè)星球的信息。

在過(guò)去的十年里，GPS幫助科學(xué)家描繪出地震期間地面是如何移動(dòng)的，并為山洪、火山爆發(fā)等自然災(zāi)害提供了預(yù)警。研究人員甚至把一些GPS接收器改造成了雪地傳感器、潮汐儀和其它一些意想不到的測(cè)量工具。

來(lái)自科羅拉多大學(xué)博爾德分校的地球物理學(xué)家Kristine Larson表示：“最初提起這些應(yīng)用時(shí)，人們認(rèn)為我瘋了，但最終我們做到了?！?/p>

1、探測(cè)地震

幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家一直依靠地震儀來(lái)評(píng)估地震的震級(jí)與危害程度。地震儀可以測(cè)量地面震動(dòng)的程度，但GPS不同，它追蹤的是地質(zhì)過(guò)程，例如地殼板塊相互磨擦的速度。

大多數(shù)人認(rèn)為GPS無(wú)法精確、快速地測(cè)量出地震的位置，因此無(wú)法用于評(píng)估地震。但事實(shí)證明，科學(xué)家可以從GPS衛(wèi)星傳送到地球的信號(hào)中提取到額外的信息。

這些GPS信號(hào)分為兩部分。一個(gè)是代碼，即一系列的0和1，另一個(gè)則是一種載波信號(hào)，負(fù)責(zé)傳輸代碼。載波信號(hào)的波長(zhǎng)較短，僅有20厘，但編碼的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，可以達(dá)到幾十或幾百米，因此載波信號(hào)便能以高分辨率精確定位地球表面的一個(gè)點(diǎn)。

工程師們還提高了GPS接收器更新其定位的速度，即以每秒20次或更快的頻率刷新數(shù)據(jù)。研究人員意識(shí)到他們可以如此迅速地進(jìn)行精確測(cè)量，便開(kāi)始使用GPS來(lái)研究地震。

2011年，研究人員獲取到了日本9.1級(jí)地震的GPS數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示，海底在地震中移動(dòng)了驚人的60米。

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

2、監(jiān)測(cè)火山

許多火山周?chē)加蠫PS接收器，因?yàn)閹r漿往地下移動(dòng)通常會(huì)導(dǎo)致地表移動(dòng)。通過(guò)監(jiān)測(cè)火山周?chē)鶪PS上升和下降的情況，研究人員能了解到熔巖正在哪里流動(dòng)。

在去年夏威夷基拉韋厄火山大噴發(fā)之前，研究人員就使用GPS來(lái)了解火山的哪些部分移動(dòng)得最快，接著利用這些信息來(lái)決定從哪些地區(qū)開(kāi)始疏散居民。

即使是在火山爆發(fā)后，GPS數(shù)據(jù)也有用處。信號(hào)想從衛(wèi)星傳到地面就必須穿過(guò)火山的噴射物。2013年，幾個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)阿拉斯加州雷道博特火山噴發(fā)后不久，信號(hào)就被扭曲了。

根據(jù)這些被扭曲的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們可以估算出火山灰的噴射量和速度。

3、探測(cè)降雪

一個(gè)典型的GPS接收器，除了頭頂衛(wèi)星的信號(hào)，也能接收到地面反射的信號(hào)。

多年來(lái)，科學(xué)家們一直以為這些信號(hào)只是噪音，但從大約15年前開(kāi)始，他們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)地面反射信號(hào)的頻率以及這些信號(hào)的組合方式，他們可以推斷出回聲反射的表面性質(zhì)。Larson表示：“我們只是對(duì)回聲進(jìn)行了反向工程?！?/p>

這種方法可以讓科學(xué)家了解到土壤中含有多少水分，或是地面上堆積了多少雪（地面降雪越多，回波和接收器之間的距離就越短）。GPS站甚至可以用作傳感器來(lái)測(cè)量雪的深度，例如建設(shè)在以積雪為主要水資源的山區(qū)。

4、分析大氣

除了上面提到的應(yīng)用，GPS還能用于梳理天空中蘊(yùn)含的信息。

GPS信號(hào)在大氣中的傳播會(huì)因水蒸氣、帶電粒子和其它因素延遲，因此科學(xué)家們便利用GPS來(lái)研究大氣中的水汽含量，繼而計(jì)算出在一場(chǎng)傾盆大雨中，會(huì)有多少水從天上落下。在2013年7月的一場(chǎng)風(fēng)暴中，氣象學(xué)家利用GPS數(shù)據(jù)來(lái)追蹤季風(fēng)水汽的移動(dòng)，結(jié)果證明，這是山洪爆發(fā)前17分鐘發(fā)出的警告。

當(dāng)GPS信號(hào)穿過(guò)電離層時(shí)也會(huì)受到其中帶電粒子的影響。于是，科學(xué)家們用GPS數(shù)據(jù)來(lái)追蹤電離層的變化，因?yàn)楹[在大氣中產(chǎn)生的變化會(huì)一直波及到電離層。有朝一日，這項(xiàng)技術(shù)甚至有可能會(huì)成為海嘯預(yù)警的一部分。
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