Maaari mong isipin na isa kang eksperto sa pag-navigate sa trapiko ng lungsod, smartphone sa iyong tabi. Maaari ka ring maglakad kasama ng isangGPSdeviceupang mahanap ang iyong paraan sa backcountry. Ngunit malamang na magugulat ka pa rin sa lahat ng mga bagay na iyonGPS—ang pandaigdigang sistema ng pagpoposisyon na sumasailalim sa lahat ng modernong nabigasyon—ay magagawa.
GPSay binubuo ng isang konstelasyon ng mga satellite na nagpapadala ng mga signal sa ibabaw ng Earth. Isang basicGPSreceiver, tulad ng nasa iyong smartphone, ay tumutukoy kung nasaan ka—sa loob ng humigit-kumulang 1 hanggang 10 metro—sa pamamagitan ng pagsukat sa oras ng pagdating ng mga signal mula sa apat o higit pang satellite. Sa mas mahal (at mas mahal)Mga tatanggap ng GPS, maaaring matukoy ng mga siyentipiko ang kanilang mga lokasyon hanggang sa sentimetro o kahit na millimeters. Gamit ang pinong impormasyon na iyon, kasama ang mga bagong paraan upang pag-aralan ang mga signal, natuklasan ng mga mananaliksik na mas masasabi sa kanila ng GPS ang tungkol sa planeta kaysa sa orihinal na inakala nilang magagawa nito.
Sa nakalipas na dekada, mas mabilis at mas tumpakMga aparatong GPSpinahintulutan ang mga siyentipiko na ipaliwanag kung paano gumagalaw ang lupa sa panahon ng malalaking lindol.GPSay humantong sa mas mahusay na mga sistema ng babala para sa mga natural na sakuna tulad ng flash flood at pagsabog ng bulkan. At ang mga mananaliksik ay may MacGyvered pa ngaMga tatanggap ng GPSsa pagkilos bilang mga sensor ng niyebe, tide gauge at iba pang hindi inaasahang tool para sa pagsukat ng Earth.
"Inisip ng mga tao na baliw ako noong sinimulan kong pag-usapan ang mga application na ito," sabi ni Kristine Larson, isang geophysicist sa University of Colorado Boulder na nanguna sa marami sa mga pagtuklas at sumulat tungkol sa mga ito sa 2019 Annual Review of Earth and Planetary Sciences. "Well, ito ay naging kaya namin ito."
Narito ang ilang nakakagulat na bagay na kamakailan lamang napagtanto ng mga siyentipiko na maaari nilang gawinGPS.
1. MAKARAMDAM NG LINDOL
Sa loob ng maraming siglo, umaasa ang mga geoscientist sa mga seismometer, na sumusukat kung gaano kalaki ang pagyanig ng lupa, upang masuri kung gaano kalaki at kung gaano kalala ang isang lindol.GPSang mga receiver ay nagsilbi ng ibang layunin—upang subaybayan ang mga prosesong geologic na nangyayari sa mas mabagal na antas, gaya ng bilis ng paggiling ng malalaking crustal plate ng Earth sa isa't isa sa prosesong kilala bilang plate tectonics. KayaGPSmaaaring sabihin sa mga siyentipiko ang bilis kung saan ang magkabilang panig ng San Andreas Fault ay gumagapang sa isa't isa, habang sinusukat ng mga seismometer ang pagyanig ng lupa kapag ang California fault ay pumutok sa isang lindol.
Karamihan sa mga mananaliksik ay nag-isip naGPShindi lang masusukat nang tumpak ang mga lokasyon, at sapat na mabilis, upang maging kapaki-pakinabang sa pagtatasa ng mga lindol. Ngunit lumalabas na ang mga siyentipiko ay maaaring mag-squeeze ng karagdagang impormasyon mula sa mga signal na ipinadala ng mga GPS satellite sa Earth.
Dumating ang mga signal na iyon sa dalawang bahagi. Ang isa ay ang natatanging serye ng mga isa at mga zero, na kilala bilang ang code, na bawat isaGPSnagpapadala ng satellite. Ang pangalawa ay isang mas maikling wavelength na "carrier" na signal na nagpapadala ng code mula sa satellite. Dahil ang signal ng carrier ay may mas maikling wavelength—20 sentimetro lamang—kumpara sa mas mahabang wavelength ng code, na maaaring sampu o daan-daang metro, nag-aalok ang signal ng carrier ng isang high-resolution na paraan upang matukoy ang isang lugar sa ibabaw ng Earth. Ang mga siyentipiko, surveyor, militar at iba pa ay madalas na nangangailangan ng isang napaka-tumpak na lokasyon ng GPS, at ang kailangan lang ay isang mas kumplikadong GPS receiver.
Pinahusay din ng mga inhinyero ang rate kung saanGPSina-update ng mga receiver ang kanilang lokasyon, ibig sabihin, maaari nilang i-refresh ang kanilang mga sarili nang kasingdalas ng 20 beses sa isang segundo o higit pa. Kapag napagtanto ng mga mananaliksik na maaari silang gumawa ng tumpak na mga sukat nang napakabilis, nagsimula silang gumamit ng GPS upang suriin kung paano gumagalaw ang lupa sa panahon ng lindol.
Noong 2003, sa isa sa mga unang pag-aaral sa uri nito, ginamit ni Larson at ng kanyang mga kasamahan ang mga GPS receiver na naka-stud sa kanlurang Estados Unidos upang pag-aralan kung paano lumipat ang lupa habang ang mga seismic wave ay umuusad mula sa isang magnitude 7.9 na lindol sa Alaska. Noong 2011, nakuha ng mga mananaliksik ang GPS data sa magnitude 9.1 na lindol na sumira sa Japan at ipinakita na ang seafloor ay lumipat ng nakakagulat na 60 metro sa panahon ng lindol.
Ngayon, mas malawak na tinitingnan ng mga siyentipiko kung paanodata ng GPSmakakatulong sa kanila na mabilis na masuri ang mga lindol. Sina Diego Melgar ng University of Oregon sa Eugene at Gavin Hayes ng US Geological Survey sa Golden, Colorado, ay muling pinag-aralan ang 12 malalaking lindol upang makita kung masasabi nila, sa loob ng ilang segundo ng pagsisimula ng lindol, kung gaano ito kalaki. Sa pamamagitan ng pagsasama ng impormasyon mula sa mga istasyon ng GPS na malapit sa mga epicenter ng lindol, matutukoy ng mga siyentipiko sa loob ng 10 segundo kung ang lindol ay magiging isang nakakapinsalang magnitude 7 o isang ganap na mapanirang magnitude 9.
Ang mga mananaliksik sa kahabaan ng US West Coast ay nagsasama pa ngaGPSsa kanilang bagong sistema ng maagang babala sa lindol, na nakakakita ng pagyanig ng lupa at nag-aabiso sa mga tao sa malalayong lungsod kung malamang na tamaan sila ng pagyanig sa lalong madaling panahon. At ang Chile ay nagtatayo nitoGPSnetwork upang magkaroon ng mas tumpak na impormasyon nang mas mabilis, na makakatulong sa pagkalkula kung ang isang lindol malapit sa baybayin ay malamang na magdulot ng tsunami o hindi.
2. MONITOR ANG ISANG BULKAN
Higit pa sa lindol, ang bilis ngGPSay tumutulong sa mga opisyal na tumugon nang mas mabilis sa iba pang mga natural na sakuna habang sila ay lumaganap.
Maraming mga obserbatoryo ng bulkan, halimbawa, ay mayroonGPSang mga receiver ay nakaayos sa paligid ng mga bundok na kanilang sinusubaybayan, dahil kapag ang magma ay nagsimulang lumipat sa ilalim ng lupa na kadalasang nagiging sanhi ng paglilipat din ng ibabaw. Sa pamamagitan ng pagsubaybay kung paano tumataas o lumubog ang mga istasyon ng GPS sa paligid ng bulkan sa paglipas ng panahon, makakakuha ang mga mananaliksik ng mas mahusay na ideya tungkol sa kung saan dumadaloy ang tinunaw na bato.
Bago ang malaking pagsabog ng Kilauea volcano noong nakaraang taon sa Hawaii, ginamit ng mga mananaliksikGPSupang maunawaan kung aling mga bahagi ng bulkan ang pinakamabilis na lumilipat. Ginamit ng mga opisyal ang impormasyong iyon upang tumulong sa pagpapasya kung saang mga lugar lilisan ang mga residente.
data ng GPSay maaari ding maging kapaki-pakinabang kahit na pagkatapos ng isang bulkan ay pumutok. Dahil ang mga signal ay naglalakbay mula sa mga satellite hanggang sa lupa, kailangan nilang dumaan sa anumang materyal na ibinubugaw ng bulkan sa hangin. Noong 2013, nag-aral ang ilang grupo ng pananaliksikdata ng GPSmula sa isang pagsabog ng Redoubt volcano sa Alaska apat na taon na ang nakalilipas at nalaman na ang mga signal ay naging distorted kaagad pagkatapos magsimula ang pagsabog.
Sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga pagbaluktot, matatantya ng mga siyentipiko kung gaano karaming abo ang tumalsik at kung gaano ito kabilis naglalakbay. Sa isang sumunod na papel, tinawag ito ni Larson na "isang bagong paraan upang makita ang mga balahibo ng bulkan."
Siya at ang kanyang mga kasamahan ay gumagawa ng mga paraan upang gawin ito sa smartphone-varietyMga tatanggap ng GPSsa halip na mga mamahaling pang-agham na tatanggap. Iyon ay maaaring magbigay-daan sa mga volcanologist na mag-set up ng isang medyo murang GPS network at subaybayan ang mga abo ng abo habang tumataas ang mga ito. Ang mga balahibo ng bulkan ay isang malaking problema para sa mga eroplano, na kailangang lumipad sa paligid ng abo sa halip na ipagsapalaran ang pagbara ng mga particle sa kanilang mga jet engine.
3. PROBE ANG SNOW
Ilan sa mga hindi inaasahang paggamit ngGPSnagmumula sa pinakamagulong bahagi ng signal nito—ang mga bahaging tumalbog sa lupa.
Isang tipikalGPSreceiver, tulad ng nasa iyong smartphone, kadalasang kumukuha ng mga signal na direktang nagmumulaGPSmga satellite sa itaas. Ngunit nakakakuha din ito ng mga signal na tumalbog sa lupang iyong nilalakaran at sumasalamin sa iyong smartphone.
Sa loob ng maraming taon inisip ng mga siyentipiko na ang mga sinasalamin na signal na ito ay walang iba kundi ingay, isang uri ng echo na putik sa data at naging mahirap na malaman kung ano ang nangyayari. Ngunit humigit-kumulang 15 taon na ang nakalilipas, nagsimulang mag-isip si Larson at ang iba pa kung maaari nilang samantalahin ang mga dayandang sa mga siyentipikong GPS receiver. Sinimulan niyang tingnan ang mga frequency ng mga signal na sumasalamin sa lupa at kung paano pinagsama ang mga iyon sa mga signal na direktang dumating sa receiver. Mula doon ay maaari niyang mahihinuha ang mga katangian ng ibabaw na ang mga dayandang ay tumalbog. "Ni-reverse-engineered lang namin ang mga dayandang iyon," sabi ni Larson.
Ang diskarte na ito ay nagbibigay-daan sa mga siyentipiko na malaman ang tungkol sa lupa sa ilalim ng GPS receiver—halimbawa kung gaano karaming kahalumigmigan ang nilalaman ng lupa o kung gaano karaming snow ang naipon sa ibabaw. (Kung mas maraming snow ang bumabagsak sa lupa, mas maikli ang distansya sa pagitan ng echo at ng receiver.) Ang mga istasyon ng GPS ay maaaring gumana bilang mga sensor ng snow upang sukatin ang lalim ng snow, tulad ng sa mga lugar ng bundok kung saan ang snowpack ay isang pangunahing mapagkukunan ng tubig bawat taon.
Gumagana rin ang pamamaraan sa Arctic at Antarctica, kung saan kakaunti ang mga istasyon ng panahon na sumusubaybay sa pag-ulan ng niyebe sa buong taon. Si Matt Siegfried, na ngayon ay nasa Colorado School of Mines sa Golden, at ang kanyang mga kasamahan ay nag-aral ng akumulasyon ng snow sa 23 mga istasyon ng GPS sa West Antarctica mula 2007 hanggang 2017. Nalaman nilang maaari nilang direktang sukatin ang nagbabagong snow. Iyan ay mahalagang impormasyon para sa mga mananaliksik na naghahanap upang masuri kung gaano karaming niyebe ang nabubuo ng yelo sa Antarctic bawat taglamig-at kung paano ito maihahambing sa kung ano ang natutunaw tuwing tag-araw.
4. SENSE A SINKING
GPSmaaaring nagsimula bilang isang paraan upang sukatin ang lokasyon sa solidong lupa, ngunit lumalabas na kapaki-pakinabang din ito sa pagsubaybay sa mga pagbabago sa mga antas ng tubig.
Noong Hulyo, natagpuan ni John Galetzka, isang inhinyero sa organisasyong pananaliksik sa geophysics ng UNAVCO sa Boulder, Colorado, ang kanyang sarili na nag-install ng mga istasyon ng GPS sa Bangladesh, sa junction ng mga ilog ng Ganges at Brahmaputra. Ang layunin ay upang sukatin kung ang mga sediment ng ilog ay siksik at ang lupa ay dahan-dahang lumulubog—na ginagawa itong mas mahina sa pagbaha sa panahon ng mga tropikal na bagyo at pagtaas ng antas ng dagat. "Ang GPS ay isang kamangha-manghang tool upang tumulong na sagutin ang tanong na ito at higit pa," sabi ni Galetzka.
Sa isang pamayanan ng pagsasaka na tinatawag na Sonatala, sa gilid ng isang mangrove forest, si Galetzka at ang kanyang mga kasamahan ay naglagay ng isaGPSistasyon sa konkretong bubong ng isang elementarya. Nagtayo sila ng pangalawang istasyon sa malapit, sa ibabaw ng isang baras na pinartilyo sa isang palayan. Kung talagang lumulubog ang lupa, ang pangalawang istasyon ng GPS ay magmumukhang dahan-dahang umuusbong mula sa lupa. At sa pamamagitan ng pagsukat ng GPS echoes sa ilalim ng mga istasyon, masusukat ng mga siyentipiko ang mga salik tulad ng kung gaano karaming tubig ang nakatayo sa palayan sa panahon ng tag-ulan.
Mga tatanggap ng GPSay maaaring makatulong sa mga oceanographer at marinero, sa pamamagitan ng pagkilos bilang tide gauge. Natisod ito ni Larson habang nagtatrabaho sa data ng GPS mula sa Kachemak Bay, Alaska. Ang istasyon ay itinatag upang pag-aralan ang tectonic deformation, ngunit si Larson ay interesado dahil ang bay ay mayroon ding ilan sa mga pinakamalaking tidal variation sa Estados Unidos. Tiningnan niya ang mga signal ng GPS na tumatalbog sa tubig at hanggang sa receiver, at nagawa niyang subaybayan ang mga pagbabago sa tidal na halos kasing-tumpak ng isang tunay na tide gauge sa isang malapit na daungan.
Ito ay maaaring makatulong sa mga bahagi ng mundo na walang pangmatagalang tide gauge na naka-set up—ngunit nagkataong mayroongMalapit na istasyon ng GPS.
5. SURIIN ANG ATMOSPHERE
Sa wakas,GPSay maaaring matukso ng impormasyon tungkol sa kalangitan sa itaas, sa mga paraan na hindi naisip ng mga siyentipiko na posible hanggang sa ilang taon lamang ang nakalipas. Maaaring maantala ng singaw ng tubig, mga particle na may kuryente, at iba pang mga salik ang mga signal ng GPS na naglalakbay sa kapaligiran, at nagbibigay-daan ito sa mga mananaliksik na gumawa ng mga bagong pagtuklas.
Isang grupo ng mga siyentipiko ang gumagamitGPSupang pag-aralan ang dami ng singaw ng tubig sa atmospera na magagamit upang mamuo bilang ulan o niyebe. Ginamit ng mga mananaliksik ang mga pagbabagong ito upang kalkulahin kung gaano karaming tubig ang malamang na bumagsak mula sa kalangitan sa pagbuhos ng malakas na ulan, na nagpapahintulot sa mga forecaster na maayos ang kanilang mga hula sa mga flash flood sa mga lugar tulad ng Southern California. Noong isang bagyo noong Hulyo 2013, ginamit ng mga meteorologistGPSdata upang subaybayan ang monsoonal moisture na lumilipat sa pampang doon, na naging mahalagang impormasyon para sa pagbibigay ng babala 17 minuto bago tumama ang mga flash flood.
Mga signal ng GPSay apektado din kapag naglalakbay sila sa bahaging may kuryente sa itaas na kapaligiran, na kilala bilang ionosphere. Ginamit ng mga siyentipikodata ng GPSupang subaybayan ang mga pagbabago sa ionosphere habang tumatakbo ang mga tsunami sa karagatan sa ibaba. (Ang puwersa ng tsunami ay nagbubunga ng mga pagbabago sa atmospera na umaalon hanggang sa ionosphere.) Ang pamamaraang ito ay maaaring makadagdag sa tradisyonal na paraan ng babala sa tsunami, na gumagamit ng mga buoy na nakatuldok sa karagatan upang sukatin ang taas ng naglalakbay na alon .
At napag-aralan pa ng mga siyentipiko ang mga epekto ng total solar eclipse gamitGPS. Noong Agosto 2017, ginamit nilaMga istasyon ng GPSsa buong Estados Unidos upang sukatin kung paano bumaba ang bilang ng mga electron sa itaas na atmospera habang ang anino ng buwan ay gumagalaw sa buong kontinente, pinadidilim ang liwanag na lumikha ng mga electron.
KayaGPSay kapaki-pakinabang para sa lahat mula sa pagyanig ng lupa sa ilalim ng iyong mga paa hanggang sa snow na bumabagsak mula sa langit. Hindi masama para sa isang bagay na dapat lamang makatulong sa iyo na mahanap ang iyong daan sa buong bayan.
Ang artikulong ito ay orihinal na lumabas sa Knowable Magazine, isang independiyenteng pamamahayag na pagsisikap mula sa Mga Taunang Pagsusuri. Mag-sign up para sa newsletter.
