Сіз өзіңізді қалалық трафикті, жағыңыздағы смартфонды шарлаудың маманы деп ойлауыңыз мүмкін. Сіз тіпті аGPSқұрылғысышет ел арқылы жол табу үшін. Бірақ сіз мұның бәріне таң қалатын шығарсызGPS— барлық заманауи навигацияның негізінде жатқан жаһандық позициялау жүйесі — жасай алады.
GPSЖер бетіне сигнал жіберетін спутниктер шоқжұлдызынан тұрады. НегізгіGPSқабылдағышы, смартфондағы сияқты төрт немесе одан да көп жерсеріктен келетін сигналдардың келу уақытын өлшеу арқылы қай жерде екеніңізді (шамамен 1-10 метрге дейін) анықтайды. Әуесқойлармен (және қымбатырақ)GPSқабылдағыштары, ғалымдар олардың орналасқан жерін сантиметрге дейін немесе тіпті миллиметрге дейін анықтай алады. Бұл егжей-тегжейлі ақпаратты және сигналдарды талдаудың жаңа әдістерін пайдалана отырып, зерттеушілер GPS оларға планета туралы бастапқыда ойлағаннан әлдеқайда көп айта алатынын анықтады.
Соңғы онжылдықта жылдамырақ және дәлірекGPSқұрылғыларығалымдарға жер сілкіністері кезінде жердің қалай қозғалатынын анықтауға мүмкіндік берді.GPSсу тасқыны және жанартау атқылауы сияқты табиғи апаттар туралы жақсырақ ескерту жүйелеріне әкелді. Ал зерттеушілер тіпті кейбіреулерін МакДживерді зерттедіGPSқабылдағыштарықар датчиктері, толқын өлшегіштер және Жерді өлшеуге арналған басқа да күтпеген құралдар ретінде әрекет етеді.
Колорадо Боулдер университетінің геофизигі Кристин Ларсон: «Мен бұл қолданбалар туралы айта бастағанда адамдар мені ақылсыз деп ойлады», - дейді көптеген жаңалықтарды басқарған және олар туралы 2019 жылғы Жер және планеталық ғылымдардың жылдық шолуында жазған Кристин Ларсон. «Жақсы, біз мұны істей алатынымыз белгілі болды».
Міне, ғалымдар жақында ғана түсінген таңқаларлық нәрселерGPS.
1. ЖЕР СІЛКІСІН СЕЗІҢІЗ
Ғасырлар бойы геологтар жер сілкінісінің қаншалықты үлкен және қаншалықты нашар екенін бағалау үшін жердің қаншалықты дірілдеп тұрғанын өлшейтін сейсмометрлерге сүйенді.GPSқабылдағыштар басқа мақсатқа қызмет етті - әлдеқайда баяу масштабта болатын геологиялық процестерді қадағалау, мысалы, плита тектоникасы деп аталатын процесте жер қыртысының үлкен плиталарының бір-бірінен өту жылдамдығы. СоныменGPSғалымдарға Сан-Андреас жарылысының қарама-қарсы жақтарының бір-бірінен өтіп бара жатқан жылдамдығын айтуы мүмкін, ал сейсмометрлер жер сілкінісі кезінде Калифорнияның жарылысы жарылған кезде жердің шайқалуын өлшейді.
Зерттеушілердің көпшілігі осылай ойладыGPSжер сілкіністерін бағалауда пайдалы болу үшін орындарды жеткілікті дәл және тез өлшей алмады. Бірақ ғалымдар GPS спутниктері Жерге жіберетін сигналдардан қосымша ақпаратты сығып алатыны белгілі болды.
Бұл сигналдар екі құрамдас бөлікте келеді. Біреуі код деп аталатын бірліктер мен нөлдердің бірегей қатарыGPSспутниктік жібереді. Екіншісі - спутниктен кодты жіберетін қысқа толқындық «тасымалдаушы» сигнал. Тасымалдаушы сигналдың толқын ұзындығы қысқарақ (бар болғаны 20 сантиметр) болғандықтан, кодтың ондаған немесе жүздеген метр болуы мүмкін ұзағырақ толқын ұзындығымен салыстырғанда, тасымалдаушы сигнал Жер бетіндегі нүктені дәл анықтаудың жоғары ажыратымдылық жолын ұсынады. Ғалымдар, геодезистер, әскерилер және басқалар жиі өте дәл GPS орналасуын қажет етеді және ол үшін тек күрделі GPS қабылдағышы қажет.
Инженерлер де жылдамдықты жақсарттыGPSқабылдағыштар орналасқан жерін жаңартады, яғни олар секундына 20 рет немесе одан да көп жаңарта алады. Зерттеушілер дәл өлшеулерді тез қабылдай алатынын түсінген соң, жер сілкінісі кезінде жердің қалай қозғалғанын зерттеу үшін GPS қолдана бастады.
2003 жылы осындай алғашқы зерттеулердің бірінде Ларсон мен оның әріптестері Аляскадағы 7,9 балдық жер сілкінісінен сейсмикалық толқындар толқыны кезінде жердің қалай ауысатынын зерттеу үшін Америка Құрама Штаттарының батысында орналасқан GPS қабылдағыштарын пайдаланды. 2011 жылға қарай зерттеушілер Жапонияны жойған 9,1 магнитудалық жер сілкінісінің GPS деректерін ала алды және жер сілкінісі кезінде теңіз түбінің таңқаларлық 60 метрге ауысқанын көрсетті.
Бүгінгі таңда ғалымдар қалай екенін кеңірек қарастырудаGPSдеректеріоларға жер сілкінісін жылдам бағалауға көмектесе алады. Евгенийдегі Орегон университетінің қызметкері Диего Мелгар және Колорадо штатының Голден қаласындағы АҚШ Геологиялық қызметінің қызметкері Гэвин Хейс жер сілкінісі басталғаннан кейін бірнеше секунд ішінде оның қаншалықты үлкен болатынын айта алатынын білу үшін 12 ірі жер сілкінісін ретроспективті түрде зерттеді. Жер сілкінісінің ошақтарына жақын орналасқан GPS станцияларынан алынған ақпаратты қосу арқылы ғалымдар 10 секунд ішінде жер сілкінісі 7 баллдық немесе толығымен жойқын балл 9 болатынын анықтай алды.
АҚШ-тың Батыс жағалауындағы зерттеушілер тіпті біріктірдіGPSжер сілкінісін анықтайтын және алыс қалалардағы адамдарға жақын арада сілкініс болатынын хабарлайтын жаңадан пайда болған жер сілкінісін алдын ала ескерту жүйесіне енгізілді. Ал Чили оны құрудаGPSЖағаға жақын жер сілкінісінің цунами тудыруы немесе тудырмауын есептеуге көмектесетін дәлірек ақпаратты тезірек алу үшін желі.
2. ВУЛКАНДЫ БАҚЫЛАУ
Жер сілкінісінен басқа жылдамдықGPSшенеуніктерге басқа табиғи апаттарға тезірек әрекет етуге көмектесуде.
Мысалы, көптеген жанартау обсерваториялары барGPSТаулардың айналасында орналасқан қабылдағыштар олар бақылайды, өйткені магма жер астына ауыса бастағанда, бұл көбінесе жер бетінің жылжуына әкеледі. Жанартау айналасындағы GPS станцияларының уақыт өте келе көтерілуін немесе батып бара жатқанын бақылай отырып, зерттеушілер балқытылған тау жыныстарының қай жерде ағып жатқаны туралы жақсы түсінік ала алады.
Өткен жылы Гавайидегі Килауэа жанартауының үлкен атқылауына дейін зерттеушілер қолдандыGPSвулканның қай бөліктері ең жылдам ауысатынын түсіну үшін. Шенеуніктер бұл ақпаратты тұрғындарды қай аумақтан эвакуациялау керектігін шешу үшін пайдаланды.
GPSдеректеріжанартау атқылаған соң да пайдалы болуы мүмкін. Сигналдар спутниктерден жерге таралатындықтан, олар жанартау ауаға шығаратын кез келген материал арқылы өтуі керек. 2013 жылы бірнеше зерттеу топтары зерттедіGPSдеректерітөрт жыл бұрын Аляскадағы Редуб жанартауының атқылауынан және сигналдардың атқылау басталғаннан кейін көп ұзамай бұрмаланғанын анықтады.
Бұрмаларды зерттей отырып, ғалымдар қанша күлдің шашырағанын және оның қаншалықты жылдам тарағанын есептей алды. Кейінгі мақаласында Ларсон оны «жанартау шлейфтерін анықтаудың жаңа әдісі» деп атады.
Ол және оның әріптестері смартфонның әртүрлілігімен мұны істеу жолдарын қарастырдыGPSқабылдағыштарықымбат ғылыми қабылдағыштардан гөрі. Бұл вулканологтарға салыстырмалы түрде арзан GPS желісін орнатуға және күлдің көтерілуін бақылауға мүмкіндік береді. Жанартау шлейфтері ұшақтар үшін үлкен проблема болып табылады, олар бөлшектердің реактивті қозғалтқыштарын бітеп тастау қаупінен гөрі күлдің айналасында ұшуы керек.
3. ҚАРДЫ ЗОРДЫҢЫЗ
Кейбір ең күтпеген қолдануларGPSоның сигналының ең нашар бөліктерінен — жерден секіретін бөліктерінен келеді.
ТиптікGPSқабылдағышы, смартфондағы сияқты, негізінен тікелей келетін сигналдарды қабылдайдыGPSүстіңгі жерсеріктері. Бірақ ол сонымен қатар сіз жүріп келе жатқан жерде секірген және смартфонға шағылысқан сигналдарды қабылдайды.
Көптеген жылдар бойы ғалымдар бұл шағылысқан сигналдарды шу, деректерді ластайтын және не болып жатқанын анықтауды қиындататын жаңғырық түрі деп ойлады. Бірақ шамамен 15 жыл бұрын Ларсон және басқалары ғылыми GPS қабылдағыштарындағы жаңғырықтардың артықшылығын пайдалана алар ма деп ойлады. Ол жерден шағылысқан сигналдардың жиіліктеріне және олардың қабылдағышқа тікелей келген сигналдармен қалай үйлесетініне қарай бастады. Осыдан ол жаңғырықтардың ұшқан бетінің қасиеттерін анықтай алды. Ларсон: «Біз бұл жаңғырықтардың кері инженериясын жасадық», - дейді.
Бұл әдіс ғалымдарға GPS қабылдағышының астындағы жер туралы білуге мүмкіндік береді, мысалы, топырақта қанша ылғал бар немесе бетінде қанша қар жиналған. (Жерге қар неғұрлым көп түссе, жаңғырық пен қабылдағыш арасындағы қашықтық соғұрлым қысқа болады.) GPS станциялары қардың қалыңдығын өлшеу үшін қар сенсоры ретінде жұмыс істей алады, мысалы, қар жамылғысы жыл сайын негізгі су ресурсы болып табылатын таулы аймақтарда.
Бұл әдіс Арктика мен Антарктидада да жақсы жұмыс істейді, мұнда жыл бойы қар жауатынын бақылайтын метеостанциялар аз. Қазір Голдендегі Колорадо тау-кен мектебінде оқитын Мэтт Зигфрид және оның әріптестері 2007 жылдан 2017 жылға дейін Батыс Антарктидадағы 23 GPS станциясында қардың жиналуын зерттеді. Олар өзгермелі қарды тікелей өлшей алатынын анықтады. Бұл Антарктикадағы мұз қабатының әр қыста қанша қар құрайтынын және оның әр жазда ерігенмен қалай салыстыратынын бағалауға тырысатын зерттеушілер үшін маңызды ақпарат.
4. ШЫҒУДЫ СЕЗІҢІЗ
GPSқатты жердегі орынды өлшеу әдісі ретінде басталған болуы мүмкін, бірақ ол су деңгейінің өзгеруін бақылауда да пайдалы болып шықты.
Шілде айында Колорадо штатының Боулдер қаласындағы UNAVCO геофизикалық зерттеу ұйымының инженері Джон Галецка Бангладеште Ганг пен Брахмапутра өзендерінің түйіскен жерінде GPS станцияларын орнатып жатқанын көрді. Мақсат өзен шөгінділерінің тығыздалуын және жердің баяу батып бара жатқанын өлшеу болды, бұл оны тропикалық циклондар мен теңіз деңгейінің көтерілуі кезінде су тасқынына осал етеді. «GPS - бұл және басқа да сұрақтарға жауап беруге көмектесетін керемет құрал», - дейді Галецка.
Мангр орманының шетіндегі Сонатала деп аталатын фермерлік қауымда Галецка мен оның әріптестері біреуін орналастырды.GPSбастауыш мектептің бетон төбесіндегі станция. Олар күріш алқабына соғылған таяқтың үстіне жақын жерде екінші станция орнатты. Егер жер шынымен батып бара жатса, екінші GPS станциясы жерден баяу шығып жатқандай болады. Станциялардың астындағы GPS жаңғырығын өлшеу арқылы ғалымдар жаңбырлы маусымда күріш алқабында қанша су болатыны сияқты факторларды өлшей алады.
GPSқабылдағыштарытеңіз толқынын өлшейтін құрал ретінде әрекет ете отырып, тіпті океанографтар мен теңізшілерге де көмектесе алады. Ларсон Качемак шығанағы, Аляскадағы GPS деректерімен жұмыс істеу кезінде бұған тап болды. Станция тектоникалық деформацияны зерттеу үшін құрылған, бірақ Ларсонды қызықтырды, өйткені шығанақ АҚШ-тағы ең үлкен толқындық өзгерістерге ие. Ол судан және қабылдағышқа дейін секіріп бара жатқан GPS сигналдарына қарады және толқындардың өзгеруін жақын маңдағы айлақтағы нақты толқын өлшегіш сияқты дәл бақылай алды.
Бұл ұзақ мерзімді толқын өлшегіштері орнатылмаған әлемнің бөліктерінде пайдалы болуы мүмкін, бірақ кейде барЖақын жерде GPS станциясы.
5. АТМОСФЕРАҒА ТАЛДАҢЫЗ
Ақырында,GPSҒалымдар бірнеше жыл бұрын мүмкін деп ойламаған тәсілдермен аспан туралы ақпаратты ала алады. Су буы, электр зарядталған бөлшектер және басқа факторлар атмосфера арқылы өтетін GPS сигналдарын кешіктіруі мүмкін және бұл зерттеушілерге жаңа ашулар жасауға мүмкіндік береді.
Бір топ ғалымдар пайдаланадыGPSатмосферадағы жаңбыр немесе қар түрінде жауатын су буының мөлшерін зерттеу. Зерттеушілер бұл өзгерістерді жаңбыр кезінде аспаннан қанша су түсуі мүмкін екенін есептеу үшін пайдаланды, бұл синоптиктерге Оңтүстік Калифорния сияқты жерлерде су тасқыны туралы болжамды дәл келтіруге мүмкіндік берді. 2013 жылғы шілдеде дауыл кезінде метеорологтар пайдаландыGPSжағада қозғалатын муссондық ылғалды бақылауға арналған деректер, бұл су тасқынынан 17 минут бұрын ескерту беру үшін маңызды ақпарат болды.
GPSсигналдарыолар ионосфера деп аталатын атмосфераның жоғарғы қабатының электр зарядталған бөлігі арқылы өткенде де әсер етеді. Ғалымдар қолдандыGPSдеректеріионосферадағы өзгерістерді бақылау үшін төмендегі мұхит арқылы цунами жарысады. (Цунами күші атмосферада ионосфераға дейін толқындайтын өзгерістерді тудырады.) Бұл әдіс бір күні цунами туралы ескертудің дәстүрлі әдісін толықтыра алады, ол мұхиттың арғы жағында орналасқан қалқымалы толқынның биіктігін өлшеу үшін қолданылады. .
Ғалымдар тіпті Күннің толық тұтылуының әсерін зерттей алдыGPS. 2017 жылдың тамыз айында олар пайдаландыGPSстанцияларыАмерика Құрама Штаттарында айдың көлеңкесі континент бойынша жылжыған кезде атмосфераның жоғарғы қабатындағы электрондар саны қалай азайғанын өлшеу үшін, әйтпесе электрондарды тудыратын жарықты азайтты.
СоныменGPSАяқ астындағы жердің шайқалуынан бастап, аспаннан жауған қарға дейін пайдалы. Қала арқылы жол табуға көмектесетін нәрсе үшін жаман емес.
Бұл мақала алғашында Annual Reviews журналының тәуелсіз журналистік әрекеті Knowable Magazine журналында пайда болды. Ақпараттық бюллетеньге жазылыңыз.
