Можда мислите да сте стручњак за навигацију кроз градски саобраћај, а паметни телефон је на вашој страни. Можда чак и пешачите са аГПС уређајда нађете пут кроз залеђе. Али вероватно бисте и даље били изненађени свим стварима које то чинеГПС— глобални систем позиционирања који је у основи све модерне навигације — може.
ГПСсастоји се од констелације сателита који шаљу сигнале на површину Земље. А басицГПС пријемник, попут оног у вашем паметном телефону, одређује где се налазите – на око 1 до 10 метара – мерењем времена доласка сигнала са четири или више сателита. Са укуснијим (и скупљим)ГПС пријемници, научници могу прецизно одредити њихову локацију до центиметара или чак милиметара. Користећи те детаљне информације, заједно са новим начинима анализе сигнала, истраживачи откривају да им ГПС може рећи много више о планети него што су првобитно мислили да може.
Током последње деценије, брже и прецизнијеГПС уређајиомогућили су научницима да осветле како се тло креће током великих земљотреса.ГПСје довело до бољих система упозорења за природне катастрофе као што су бујне поплаве и вулканске ерупције. А истраживачи су чак и МацГиверед некеГПС пријемницида делују као сензори за снег, мерачи осеке и други неочекивани алати за мерење Земље.
„Људи су мислили да сам луда када сам почела да причам о овим апликацијама“, каже Кристин Ларсон, геофизичарка са Универзитета Колорадо Боулдер која је предводила многа открића и писала о њима у Годишњем прегледу наука о Земљи и планети за 2019. "Па, испоставило се да смо у стању да то урадимо."
Ево неких изненађујућих ствари са којима су научници тек недавно схватили да могу да урадеГПС.
1. ОСЕТИТИ ЗЕМЉОТРЕС
Вековима су се геонаучници ослањали на сеизмометре, који мере колико се тло подрхтава, да би проценили колики је и колико је јак земљотрес.ГПСпријемници су служили другој сврси - да прате геолошке процесе који се дешавају на много споријим скалама, као што је брзина којом се велике Земљине плоче коре мељу једна поред друге у процесу познатом као тектоника плоча. ДаклеГПСмогло би рећи научницима брзину којом се супротне стране раседа Сан Андреас провлаче једна поред друге, док сеизмометри мере подрхтавање тла када тај калифорнијски расед пукне у потресу.
Већина истраживача је то мислилаГПСједноставно није могао да измери локације довољно прецизно и довољно брзо да би био користан у процени земљотреса. Али испоставило се да научници могу да извуку додатне информације из сигнала које ГПС сателити преносе на Земљу.
Ти сигнали стижу у две компоненте. Један је јединствени низ јединица и нула, познат као код, који свакиГПСсателитски преноси. Други је сигнал „носача“ краће таласне дужине који преноси код са сателита. Пошто сигнал носиоца има краћу таласну дужину - само 20 центиметара - у поређењу са дужом таласном дужином кода, која може бити десетине или стотине метара, сигнал носиоца нуди начин високе резолуције да се прецизно одреди тачка на површини Земље. Научници, геодети, војска и други често требају веома прецизну ГПС локацију, а све што је потребно је компликованији ГПС пријемник.
Инжењери су такође побољшали брзину којомГПСпријемници ажурирају своју локацију, што значи да се могу освежити чак 20 пута у секунди или више. Када су истраживачи схватили да могу да изврше прецизна мерења тако брзо, почели су да користе ГПС да испитају како се тло помера током земљотреса.
Године 2003, у једној од првих студија те врсте, Ларсон и њене колеге су користиле ГПС пријемнике широм западних Сједињених Држава да би проучили како се тло померало док су сеизмички таласи таласали од земљотреса јачине 7,9 степени на Аљасци. До 2011, истраживачи су успели да узму ГПС податке о земљотресу јачине 9,1 степена који је разорио Јапан и да покажу да се морско дно током земљотреса померило за невероватних 60 метара.
Данас научници шире посматрају какоГПС подациможе им помоћи да брзо процене земљотресе. Дијего Мелгар са Универзитета Орегон у Јуџину и Гевин Хејс из америчког Геолошког завода у Голдену, Колорадо, ретроспективно су проучавали 12 великих земљотреса да виде да ли могу да кажу, у року од неколико секунди од почетка земљотреса, колико ће бити јак. Укључујући информације са ГПС станица у близини епицентра потреса, научници су могли да утврде у року од 10 секунди да ли ће потрес бити штетне магнитуде 7 или потпуно деструктивне магнитуде 9.
Истраживачи дуж западне обале САД су чак укључивалиГПСу њихов нови систем за рано упозоравање на земљотресе, који детектује подрхтавање тла и обавештава људе у удаљеним градовима да ли ће их потрес ускоро погодити. И Чиле је градио својеГПСмреже како би брже имали тачније информације, што може помоћи да се израчуна да ли ће земљотрес у близини обале вероватно изазвати цунами или не.
2. ПРАЋИТЕ ВУЛКАН
Осим земљотреса, брзина одГПСпомаже званичницима да брже реагују на друге природне катастрофе како се оне одвијају.
Многе опсерваторије за вулкане, на пример, имајуГПСпријемници распоређени око планина које прате, јер када магма почне да се помера под земљом, то често узрокује и померање површине. Праћењем како ГПС станице око вулкана расту или тону током времена, истраживачи могу добити бољу представу о томе где тече растопљени камен.
Пре прошлогодишње велике ерупције вулкана Килауеа на Хавајима, истраживачи су користилиГПСда би разумели који делови вулкана се најбрже померају. Званичници су користили те информације како би помогли у одлучивању из којих области да евакуишу становнике.
ГПС подацитакође може бити корисно чак и након ерупције вулкана. Пошто сигнали путују од сателита до земље, морају да прођу кроз материјал који вулкан избацује у ваздух. 2013. године проучавало је неколико истраживачких групаГПС подациод ерупције вулкана Редоубт на Аљасци четири године раније и открио да су сигнали постали изобличени убрзо након што је ерупција почела.
Проучавајући изобличења, научници су могли да процене колико је пепела избацило и колико је брзо путовао. У документу који је уследио, Ларсон је то назвао „новим начином откривања вулканских перјаница“.
Она и њене колеге су радиле на начинима да то ураде са различитим паметним телефонимаГПС пријемницинего скупи научни пријемници. То би могло омогућити вулканолозима да поставе релативно јефтину ГПС мрежу и надгледају облаке пепела како се дижу. Вулканске перјанице представљају велики проблем за авионе, који морају да лете око пепела уместо да ризикују да честице зачепе њихове млазне моторе.
3. СОНДИРАЈТЕ СНЕГ
Неке од најнеочекиванијих употребаГПСдолазе из најнеуреднијих делова његовог сигнала — делова који се одбијају од земље.
ТипичноГПС пријемник, попут оног у вашем паметном телефону, углавном хвата сигнале који долазе директноГПСсателити изнад главе. Али такође хвата сигнале који су се одбијали од земље по којој ходате и рефлектовали се до вашег паметног телефона.
Дуги низ година научници су мислили да ови рефлектовани сигнали нису ништа друго до шум, нека врста еха који је замутио податке и отежавао откривање шта се дешава. Али пре отприлике 15 година Ларсон и други почели су да се питају да ли би могли да искористе одјеке научних ГПС пријемника. Почела је да посматра фреквенције сигнала који се рефлектују од земље и како су они комбиновани са сигналима који су стигли директно до пријемника. Из тога је могла закључити квалитет површине од које су се одјеци одбијали. „Управо смо реверзно конструисали те одјеке“, каже Ларсон.
Овај приступ омогућава научницима да сазнају о тлу испод ГПС пријемника - на пример, колико влаге садржи тло или колико се снега накупило на површини. (Што више снега пада на земљу, краћа је раздаљина између еха и пријемника.) ГПС станице могу да раде као сензори за снег за мерење дубине снега, на пример у планинским областима где је снежни омотач главни водени ресурс сваке године.
Техника такође добро функционише на Арктику и Антарктику, где постоји неколико метеоролошких станица које прате снежне падавине током целе године. Мет Зигфрид, сада у Колорадо школи рудника у Голдену, и његове колеге проучавали су акумулацију снега на 23 ГПС станице на Западном Антарктику од 2007. до 2017. Открили су да могу директно да измере снег који се мења. То је кључна информација за истраживаче који желе да процене колико снега антарктички ледени покривач накупи сваке зиме - и како се то упоређује са оним што се топи сваког лета.
4. ОСЕЋАЈТЕ ТОНУЋЕ
ГПСможда је почео као начин мерења локације на чврстом тлу, али се испоставило да је такође користан у праћењу промена нивоа воде.
У јулу, Џон Галецка, инжењер у УНАВЦО геофизичкој истраживачкој организацији у Боулдеру у Колораду, нашао се како инсталира ГПС станице у Бангладешу, на споју река Ганг и Брамапутра. Циљ је био да се измери да ли се речни седименти збијају и да ли земљиште полако тоне – што га чини рањивијим на поплаве током тропских циклона и пораста нивоа мора. „ГПС је невероватан алат који помаже у одговору на ово питање и још много тога“, каже Галетзка.
У пољопривредној заједници званој Сонатала, на ивици шуме мангрова, Галецка и његове колеге су поставили једнуГПСстаница на бетонском крову основне школе. Поставили су другу станицу у близини, на врху штапа забијеног у пиринчано поље. Ако тло заиста тоне, онда ће друга ГПС станица изгледати као да полако израња из земље. А мерењем ГПС одјека испод станица, научници могу да измере факторе као што је колико воде стоји у пиринчаном пољу током кишне сезоне.
ГПС пријемнициможе чак помоћи океанографима и поморцима, делујући као мерачи плиме. Ларсон је наишао на ово док је радио са ГПС подацима из залива Качемак на Аљасци. Станица је основана да проучава тектонске деформације, али Ларсон је био радознао јер залив такође има неке од највећих варијација плиме и осеке у Сједињеним Државама. Погледала је ГПС сигнале који су се одбијали од воде и до пријемника, и била у стању да прати промене плиме и осеке скоро једнако тачно као прави мерач осеке у оближњој луци.
Ово би могло бити од помоћи у деловима света који немају постављене дугорочне мераче осеке, али имајуГПС станица у близини.
5. АНАЛИЗИРАЈТЕ АТМОСФЕРУ
коначно,ГПСможе да открије информације о небу изнад главе, на начине за које научници нису мислили да је могуће до пре само неколико година. Водена пара, електрично наелектрисане честице и други фактори могу одложити ГПС сигнале који путују кроз атмосферу, а то омогућава истраживачима да дођу до нових открића.
Једна група научника користиГПСда проучи количину водене паре у атмосфери која је доступна да се исталожи као киша или снег. Истраживачи су користили ове промене да израчунају колико ће воде вероватно пасти са неба током мокрих пљускова, омогућавајући прогностичарима да фино подесе своја предвиђања бујичних поплава на местима као што је јужна Калифорнија. Током олује у јулу 2013. метеоролози су користилиГПСподаци за праћење монсунске влаге која се креће тамо на копну, што се испоставило као кључна информација за издавање упозорења 17 минута пре него што су удариле бујне поплаве.
ГПС сигналису такође погођени када путују кроз електрични наелектрисани део горње атмосфере, познат као јоносфера. Научници су користилиГПС подацида прати промене у јоносфери док цунамији јуре преко океана испод. (Снага цунамија производи промене у атмосфери које се таласају све до јоносфере.) Ова техника би једног дана могла да допуни традиционални метод упозорења на цунами, који користи бове постављене преко океана за мерење висине путујућег таласа .
И научници су чак успели да проучавају ефекте потпуног помрачења Сунца користећиГПС. У августу 2017. користили суГПС станицеширом Сједињених Држава како би се измерило како је опао број електрона у горњим слојевима атмосфере док се месечева сенка кретала преко континента, пригушујући светлост која је иначе стварала електроне.
ДаклеГПСје корисно за све, од подрхтавања тла под ногама до снега који пада са неба. Није лоше за нешто што је само требало да вам помогне да пронађете пут преко града.
Овај чланак се првобитно појавио у Кновабле Магазинеу, независном новинарском подухвату из Аннуал Ревиевс. Пријавите се за билтен.
