GPS真的只能用来定位导航吗

GPS全球定位系统是城市导航的专家，人们甚至可以依靠GPS设备徒步穿越偏远地区。

一系列卫星向地球表面发送信号，而GPS接收器通过测量信号到达的时间来确定你的位置，精确至1到10米内，更昂贵的接收器能精确定位到厘米，甚至是毫米。

利用这些精细的信息，再加上分析信号的算法，研究人员发现，GPS可以告诉他们更多关于这个星球的信息。

在过去的十年里，GPS帮助科学家描绘出地震期间地面是如何移动的，并为山洪、火山爆发等自然灾害提供了预警。研究人员甚至把一些GPS接收器改造成了雪地传感器、潮汐仪和其它一些意想不到的测量工具。

来自科罗拉多大学博尔德分校的地球物理学家Kristine Larson表示：“最初提起这些应用时，人们认为我疯了，但最终我们做到了。”

1、探测地震

几个世纪以来，科学家一直依靠地震仪来评估地震的震级与危害程度。地震仪可以测量地面震动的程度，但GPS不同，它追踪的是地质过程，例如地壳板块相互磨擦的速度。

大多数人认为GPS无法精确、快速地测量出地震的位置，因此无法用于评估地震。但事实证明，科学家可以从GPS卫星传送到地球的信号中提取到额外的信息。

这些GPS信号分为两部分。一个是代码，即一系列的0和1，另一个则是一种载波信号，负责传输代码。载波信号的波长较短，仅有20厘，但编码的波长较长，可以达到几十或几百米，因此载波信号便能以高分辨率精确定位地球表面的一个点。

工程师们还提高了GPS接收器更新其定位的速度，即以每秒20次或更快的频率刷新数据。研究人员意识到他们可以如此迅速地进行精确测量，便开始使用GPS来研究地震。

2011年，研究人员获取到了日本9.1级地震的GPS数据，数据显示，海底在地震中移动了惊人的60米。

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

2、监测火山

许多火山周围都有GPS接收器，因为岩浆往地下移动通常会导致地表移动。通过监测火山周围GPS上升和下降的情况，研究人员能了解到熔岩正在哪里流动。

在去年夏威夷基拉韦厄火山大喷发之前，研究人员就使用GPS来了解火山的哪些部分移动得最快，接着利用这些信息来决定从哪些地区开始疏散居民。

即使是在火山爆发后，GPS数据也有用处。信号想从卫星传到地面就必须穿过火山的喷射物。2013年，几个研究小组发现阿拉斯加州雷道博特火山喷发后不久，信号就被扭曲了。

根据这些被扭曲的数据，科学家们可以估算出火山灰的喷射量和速度。

3、探测降雪

一个典型的GPS接收器，除了头顶卫星的信号，也能接收到地面反射的信号。

多年来，科学家们一直以为这些信号只是噪音，但从大约15年前开始，他们发现，通过地面反射信号的频率以及这些信号的组合方式，他们可以推断出回声反射的表面性质。Larson表示：“我们只是对回声进行了反向工程。”

这种方法可以让科学家了解到土壤中含有多少水分，或是地面上堆积了多少雪（地面降雪越多，回波和接收器之间的距离就越短）。GPS站甚至可以用作传感器来测量雪的深度，例如建设在以积雪为主要水资源的山区。

4、分析大气

除了上面提到的应用，GPS还能用于梳理天空中蕴含的信息。

GPS信号在大气中的传播会因水蒸气、带电粒子和其它因素延迟，因此科学家们便利用GPS来研究大气中的水汽含量，继而计算出在一场倾盆大雨中，会有多少水从天上落下。在2013年7月的一场风暴中，气象学家利用GPS数据来追踪季风水汽的移动，结果证明，这是山洪爆发前17分钟发出的警告。

当GPS信号穿过电离层时也会受到其中带电粒子的影响。于是，科学家们用GPS数据来追踪电离层的变化，因为海啸在大气中产生的变化会一直波及到电离层。有朝一日，这项技术甚至有可能会成为海啸预警的一部分。
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