Можеби мислите дека сте експерт за навигација низ градскиот сообраќај, со паметен телефон на ваша страна. Можете дури и да пешачите соGPSуредда си го најдеш патот низ заднината. Но, веројатно сè уште ќе бидете изненадени од сите нешта штоGPS— глобалниот систем за позиционирање кој е во основата на целата модерна навигација — може да направи.
GPSсе состои од констелација на сателити кои испраќаат сигнали до површината на Земјата. ОсновенGPSприемник, како оној во вашиот паметен телефон, одредува каде сте — на околу 1 до 10 метри — со мерење на времето на пристигнување на сигналите од четири или повеќе сателити. Со поубави (и поскапи)GPSприемници, научниците можат точно да ги одредат нивните локации до сантиметри или дури и до милиметри. Користејќи ги тие детални информации, заедно со новите начини за анализа на сигналите, истражувачите откриваат дека GPS може да им каже многу повеќе за планетата отколку што првично мислеле дека може.
Во текот на последната деценија, побрзо и попрецизноGPSуредиим овозможија на научниците да осветлат како се движи земјата за време на големи земјотреси.GPSдоведе до подобри системи за предупредување за природни катастрофи како поројни поплави и вулкански ерупции. А истражувачите дури и донеле некои од МекГиверGPSприемницида дејствува како сензори за снег, мерачи на плима и други неочекувани алатки за мерење на Земјата.
„Луѓето мислеа дека сум луд кога почнав да зборувам за овие апликации“, вели Кристина Ларсон, геофизичар од Универзитетот во Колорадо Болдер, кој водеше многу од откритијата и напиша за нив во Годишниот преглед на Земјата и планетарните науки за 2019 година. „Па, се испостави дека успеавме да го направиме тоа“.
Еве неколку изненадувачки работи кои научниците дури неодамна сфатија дека можат да ги направатGPS.
1. ПОЧУВСТВУВАЈТЕ ЗЕМЈОТРЕС
Со векови геонаучниците се потпираа на сеизмометри, кои мерат колку се тресе земјата, за да проценат колку е голем и колку е лош земјотресот.GPSПриемниците служеа за друга цел - да ги следат геолошките процеси што се случуваат на многу побавни размери, како што е брзината со која големите земјини плочи од кора се мелат една покрај друга во процесот познат како тектоника на плочи. ЗначиGPSможе да им каже на научниците брзината со која спротивните страни на раседот Сан Андреас лазат една покрај друга, додека сеизмометрите го мерат тресењето на тлото кога раседот во Калифорнија ќе пукне при земјотрес.
Повеќето истражувачи мислеа декаGPSедноставно не можеше доволно прецизно и доволно брзо да ги измери локациите за да биде корисно во проценката на земјотресите. Но, излезе дека научниците можат да истиснат дополнителни информации од сигналите што GPS сателитите ги пренесуваат на Земјата.
Тие сигнали пристигнуваат во две компоненти. Едниот е уникатната серија на единици и нули, позната како код, што секој од нивGPSсателитски преноси. Вториот е сигнал „носач“ со пократка бранова должина што го пренесува кодот од сателитот. Бидејќи сигналот на носителот има пократка бранова должина - само 20 сантиметри - во споредба со подолгата бранова должина на кодот, која може да биде десетици или стотици метри, сигналот на носачот нуди начин со висока резолуција за прецизно лоцирање на точка на површината на Земјата. Научниците, геодетите, војската и другите често имаат потреба од многу прецизна GPS локација, а се што е потребно е покомплициран GPS приемник.
Инженерите исто така ја подобрија стапката со којаGPSприемниците ја ажурираат својата локација, што значи дека можат да се освежуваат 20 пати во секунда или повеќе. Откако истражувачите сфатија дека можат да направат прецизни мерења толку брзо, почнаа да користат GPS за да испитуваат како се движи земјата за време на земјотрес.
Во 2003 година, во една од првите студии од ваков вид, Ларсон и нејзините колеги користеа GPS приемници поставени низ западниот дел на Соединетите држави за да проучат како земјата се поместува додека сеизмичките бранови се брануваа од земјотрес со јачина од 7,9 степени во Алјаска. До 2011 година, истражувачите можеа да земат GPS податоци за земјотресот со јачина од 9,1 степени според Рихтеровата скала што ја уништи Јапонија и да покажат дека морското дно се поместило за неверојатни 60 метри за време на земјотресот.
Денес, научниците гледаат пошироко какоGPSподатоциможе да им помогне брзо да ги проценат земјотресите. Диего Мелгар од Универзитетот во Орегон во Јуџин и Гевин Хејс од Американскиот геолошки институт во Голден, Колорадо, ретроспективно проучувале 12 големи земјотреси за да видат дали можат да кажат, во рок од неколку секунди од почетокот на земјотресот, колкава е неговата големина. Со вклучување на информации од GPS станици во близина на епицентрите на земјотресите, научниците би можеле во рок од 10 секунди да утврдат дали земјотресот ќе биде со штетна магнитуда од 7 или целосно деструктивна магнитуда од 9 степени.
Истражувачите долж западниот брег на САД дури и инкорпорирааGPSво нивниот нов систем за рано предупредување за земјотрес, кој детектира тресење на земјата и ги известува луѓето во далечните градови дали тресењето веројатно ќе ги погоди наскоро. И Чиле го градеше своетоGPSмрежа со цел побрзо да се имаат попрецизни информации, што може да помогне да се пресмета дали земјотресот во близина на брегот најверојатно ќе генерира цунами или не.
2. СЛЕДЕТЕ ВУЛКАН
Покрај земјотресите, брзината наGPSим помага на службениците побрзо да реагираат на други природни катастрофи додека се одвиваат.
Многу опсерватории за вулкани, на пример, имаатGPSприемниците распоредени околу планините што ги следат, затоа што кога магмата почнува да се поместува под земја, што често предизвикува и поместување на површината. Со следење на тоа како GPS станиците околу вулканот се издигнуваат или тонат со текот на времето, истражувачите можат да добијат подобра идеја за тоа каде тече стопената карпа.
Пред минатогодишната голема ерупција на вулканот Килауеа на Хаваи, истражувачите користеаGPSда се разбере кои делови од вулканот се менувале најбрзо. Официјалните лица ги искористија тие информации за да помогнат да одлучат од кои области да се евакуираат жителите.
GPSподатоциисто така може да биде корисно дури и по ерупција на вулкан. Бидејќи сигналите патуваат од сателитите до земјата, тие мора да поминат низ кој било материјал што вулканот го исфрла во воздухот. Во 2013 година, студираа неколку истражувачки групиGPSподатоциод ерупцијата на вулканот Редабт на Алјаска четири години претходно и откри дека сигналите станале искривени набргу по почетокот на ерупцијата.
Со проучување на изобличувањата, научниците можеа да проценат колку пепел исфрлила и колку брзо патувала. Во следниот труд, Ларсон го нарече „нов начин за откривање на вулкански столбови“.
Таа и нејзините колеги работеа на начини како да го направат тоа со различни паметни телефониGPSприемницинаместо скапи научни приемници. Тоа би можело да им овозможи на вулканолозите да постават релативно евтина ГПС мрежа и да ги следат облаците од пепел додека се креваат. Вулканските столбови се голем проблем за авионите, кои треба да летаат околу пепелта наместо да ризикуваат честичките да ги затнат нивните млазни мотори.
3. ИЗВРШИ ГО СНЕГОТ
Некои од најнеочекуваните употреби наGPSдоаѓаат од најнеуредните делови на неговиот сигнал - деловите што отскокнуваат од земјата.
ТипиченGPSприемник, како оној во вашиот паметен телефон, најчесто прима сигнали што доаѓаат директно одGPSсателити над глава. Но, исто така, зема сигнали кои се одбиле на земјата по која одите и се рефлектирале на вашиот паметен телефон.
Многу години научниците мислеа дека овие рефлектирани сигнали не се ништо друго освен бучава, еден вид ехо што ги замати податоците и го отежнуваше да се открие што се случува. Но, пред околу 15 години Ларсон и другите почнаа да се прашуваат дали можат да ги искористат предностите на одгласите во научните GPS приемници. Таа почна да ги гледа фреквенциите на сигналите што се рефлектираат од земјата и како тие се комбинираат со сигналите што пристигнале директно до ресиверот. Од тоа таа можеше да заклучи квалитети на површината дека одгласите се одбиле. „Ние само ги направивме обратно инженерството на тие одгласи“, вели Ларсон.
Овој пристап им овозможува на научниците да научат за земјата под GPS приемникот - на пример колку влага содржи почвата или колку снег се акумулирал на површината. (Колку повеќе снег паѓа на земјата, толку е помало растојанието помеѓу ехото и ресиверот.) GPS станиците можат да работат како сензори за снег за мерење на длабочината на снегот, како на пример во планинските области каде снежните наноси се главен воден ресурс секоја година.
Техниката исто така работи добро на Арктикот и Антарктикот, каде што има неколку метеоролошки станици кои ги следат снежните врнежи во текот на целата година. Мет Зигфрид, сега на школата за рудници во Колорадо во Голден, и неговите колеги проучувале акумулација на снег на 23 ГПС станици на Западен Антарктик од 2007 до 2017 година. Откриле дека можат директно да го мерат променливиот снег. Тоа е клучна информација за истражувачите кои сакаат да проценат колку снег акумулира ледената покривка на Антарктикот секоја зима - и како тоа се споредува со она што се топи секое лето.
4. ПОСЕТИ ТОНЕ
GPSможеби започна како начин за мерење на локацијата на цврсто тло, но се покажа дека е исто така корисен за следење на промените во нивото на водата.
Во јули, Џон Галецка, инженер во геофизичката истражувачка организација UNAVCO во Болдер, Колорадо, се најде себеси како инсталира GPS станици во Бангладеш, на раскрсницата на реките Ганг и Брамапутра. Целта беше да се измери дали речните седименти се набиваат и дали земјата полека тоне, што го прави поранливо на поплави за време на тропски циклони и зголемување на нивото на морето. „ГПС е неверојатна алатка која помага да се одговори на ова прашање и многу повеќе“, вели Галецка.
Во една земјоделска заедница наречена Сонатала, на работ на мангрова шума, Галецка и неговите колеги поставија еднаGPSстаница на бетонски покрив на основно училиште. Тие поставија втора станица во близина, на врвот на шипка зачукувана во оризова полиња. Ако земјата навистина тоне, тогаш втората GPS станица ќе изгледа како полека да излегува од земјата. И со мерење на ехото на ГПС под станиците, научниците можат да измерат фактори како на пример колку вода стои во оризовите полиња за време на сезоната на дождови.
GPSприемнициможе дури и да им помогне на океанографите и морнарите, делувајќи како мерачи на плимата. Ларсон се сопна на ова додека работеше со GPS податоци од заливот Качемак, Алјаска. Станицата е основана за да ги проучува тектонските деформации, но Ларсон бил љубопитен бидејќи заливот има и некои од најголемите плимни варијации во Соединетите Држави. Таа ги погледна сигналите на ГПС кои отскокнуваа од водата и се до приемникот и можеше да ги следи промените на плимата речиси исто прецизно како вистински мерач на плима во блиското пристаниште.
Ова може да биде корисно во делови од светот кои немаат поставени долгорочни мерачи на плимата и осеката - но се случува да имаатGPSстаница во близина.
5. АНАЛИЗИРАЈ ЈА АТМОСФЕРАТА
Конечно,GPSможе да открие информации за небото над главата, на начини на кои научниците не мислеа дека се можни до пред само неколку години. Водената пареа, електрично наелектризираните честички и други фактори можат да го одложат GPS сигналите кои патуваат низ атмосферата, а тоа им овозможува на истражувачите да направат нови откритија.
Една група научници користиGPSда се проучи количеството на водена пареа во атмосферата што е достапно да се таложи како дожд или снег. Истражувачите ги користеа овие промени за да пресметаат колку вода веројатно ќе падне од небото при обилни дождови, дозволувајќи им на синоптичарите да ги подобрат своите предвидувања за поројни поплави во места како Јужна Калифорнија. За време на бура во јули 2013 година, метеоролозите користеаGPSподатоци за следење на монсунската влага што се движи на брегот таму, што се покажа како клучна информација за издавање предупредување 17 минути пред да се случат поројни поплави.
GPSсигналисе исто така погодени кога патуваат низ електрично наполнетиот дел од горната атмосфера, познат како јоносфера. Научниците користелеGPSподатоцида ги следи промените во јоносферата додека цунамито се трка низ океанот долу. (Силата на цунамито создава промени во атмосферата кои се брануваат сè до јоносферата.) Оваа техника еден ден би можела да го надополни традиционалниот метод на предупредување за цунами, кој користи пловци поставени преку океанот за да ја измери висината на патувачкиот бран. .
А научниците дури успеаја да ги проучат ефектите од целосното затемнување на Сонцето користејќи гоGPS. Во август 2017 година користелеGPSстанициниз Соединетите Американски Држави за да се измери како бројот на електрони во горната атмосфера се намалил додека сенката на Месечината се движела низ континентот, намалувајќи ја светлината што инаку создавала електрони.
ЗначиGPSе корисно за сè, од тресење на земјата под вашите стапала до снег што паѓа од небо. Не е лошо за нешто што само требаше да ви помогне да го пронајдете патот низ градот.
Оваа статија првично се појави во списанието Knowable, независен новинарски потфат од Annual Reviews. Пријавете се за билтенот.
