जीपीएस तुमच्या विचारापेक्षा जास्त करत आहे

तुम्हाला वाटेल की तुम्ही शहरातील रहदारी, तुमच्या बाजूला असलेला स्मार्टफोन यामधून नेव्हिगेट करण्यात तज्ञ आहात. आपण कदाचित ए सह हायक करू शकताजीपीएस उपकरणबॅककंट्रीमधून आपला मार्ग शोधण्यासाठी. परंतु तरीही तुम्हाला त्या सर्व गोष्टींबद्दल आश्चर्य वाटेलजीपीएस—आधुनिक नेव्हिगेशनचा अंतर्भाव करणारी ग्लोबल पोझिशनिंग सिस्टीम—करू शकते.

जीपीएसपृथ्वीच्या पृष्ठभागावर सिग्नल पाठवणाऱ्या उपग्रहांच्या नक्षत्राचा समावेश होतो. एक मूलभूतजीपीएस रिसीव्हर, तुमच्या स्मार्टफोनमधील एकाप्रमाणे, चार किंवा अधिक उपग्रहांकडून सिग्नलच्या आगमनाची वेळ मोजून तुम्ही कुठे आहात—सुमारे १ ते १० मीटरच्या आत—निर्धारित करते. फॅन्सियरसह (आणि अधिक महाग)जीपीएस रिसीव्हर्स, शास्त्रज्ञ त्यांचे स्थान सेंटीमीटर किंवा अगदी मिलिमीटरपर्यंत खाली दर्शवू शकतात. त्या सूक्ष्म माहितीचा वापर करून, सिग्नल्सचे विश्लेषण करण्याच्या नवीन पद्धतींसह, संशोधक शोधत आहेत की GPS त्यांना ग्रहाविषयी जे विचार करता येईल त्यापेक्षा जास्त सांगू शकते.

गेल्या दशकात, जलद आणि अधिक अचूकजीपीएस उपकरणेशास्त्रज्ञांना मोठ्या भूकंपाच्या वेळी जमिनीची हालचाल कशी होते यावर प्रकाश टाकण्याची परवानगी दिली आहे.जीपीएसफ्लॅश पूर आणि ज्वालामुखीचा उद्रेक यासारख्या नैसर्गिक आपत्तींसाठी अधिक चांगली चेतावणी प्रणाली निर्माण केली आहे. आणि संशोधकांनी काही मॅकग्यव्हर देखील केले आहेतजीपीएस रिसीव्हर्सस्नो सेन्सर्स, टाइड गेज आणि पृथ्वी मोजण्यासाठी इतर अनपेक्षित साधने म्हणून काम करणे.

कोलोरॅडो बोल्डर विद्यापीठातील भूभौतिकशास्त्रज्ञ क्रिस्टीन लार्सन म्हणतात, “जेव्हा मी या ऍप्लिकेशन्सबद्दल बोलू लागलो तेव्हा लोकांना मी वेडा वाटला,” ज्यांनी अनेक शोधांचे नेतृत्व केले आणि 2019 च्या पृथ्वी आणि ग्रह विज्ञानाच्या वार्षिक पुनरावलोकनामध्ये त्यांच्याबद्दल लिहिले. "ठीक आहे, असे दिसून आले की आम्ही ते करू शकलो."

 

येथे काही आश्चर्यकारक गोष्टी आहेत ज्या शास्त्रज्ञांना अलीकडेच लक्षात आले आहे की ते करू शकतातजीपीएस.

1. भूकंप अनुभवा

भूकंप किती मोठा आणि किती वाईट आहे याचे आकलन करण्यासाठी भूवैज्ञानिकांनी शतकानुशतके भूकंपमापकांवर अवलंबून आहे, जे भूकंप किती हादरत आहे हे मोजतात.जीपीएसरिसीव्हर्सनी एक वेगळा उद्देश पूर्ण केला - भूगर्भीय प्रक्रियांचा मागोवा घेणे ज्या खूप हळुवार स्केलवर घडतात, जसे की प्लेट टेक्टोनिक्स म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या प्रक्रियेत पृथ्वीच्या महान क्रस्टल प्लेट्स एकमेकांच्या मागे पीसतात. तरजीपीएससॅन अँड्रियास फॉल्टच्या विरुद्ध बाजू एकमेकांच्या पुढे सरकत असलेल्या वेगाने शास्त्रज्ञांना सांगू शकतात, तर भूकंपमापक भूकंपात कॅलिफोर्निया फॉल्ट फुटल्यावर जमिनीचा थरकाप मोजतात.

असे बहुतेक संशोधकांना वाटत होतेजीपीएसभूकंपाचे आकलन करण्यासाठी उपयुक्त ठरण्यासाठी फक्त स्थानांचे मोजमाप पुरेसे आणि त्वरीत करता आले नाही. परंतु असे दिसून आले की शास्त्रज्ञ जीपीएस उपग्रह पृथ्वीवर प्रसारित केलेल्या सिग्नलमधून अतिरिक्त माहिती पिळून काढू शकतात.

ते सिग्नल दोन घटकांमध्ये येतात. एक म्हणजे एक आणि शून्याची अद्वितीय मालिका, ज्याला कोड म्हणून ओळखले जाते, ते प्रत्येकजीपीएसउपग्रह प्रसारित करते. दुसरा एक लहान तरंगलांबीचा "वाहक" सिग्नल आहे जो उपग्रहावरून कोड प्रसारित करतो. कारण वाहक सिग्नलची तरंगलांबी लहान असते—केवळ २० सेंटीमीटर—कोडच्या लांब तरंगलांबीच्या तुलनेत, जी दहापट किंवा शेकडो मीटर असू शकते, वाहक सिग्नल पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरील स्पॉट दर्शवण्यासाठी उच्च-रिझोल्यूशन मार्ग ऑफर करतो. शास्त्रज्ञ, सर्वेक्षक, सैन्य आणि इतरांना बऱ्याचदा अत्यंत अचूक GPS स्थानाची आवश्यकता असते आणि त्यासाठी फक्त अधिक क्लिष्ट GPS रिसीव्हर लागतो.

अभियंत्यांनीही दरात सुधारणा केली आहेजीपीएसप्राप्तकर्ते त्यांचे स्थान अद्यतनित करतात, याचा अर्थ ते एका सेकंदात 20 वेळा किंवा त्याहून अधिक वेळा रीफ्रेश करू शकतात. एकदा संशोधकांना समजले की ते इतक्या लवकर अचूक मोजमाप करू शकतात, त्यांनी भूकंपाच्या वेळी जमीन कशी हलते याचे परीक्षण करण्यासाठी GPS वापरण्यास सुरुवात केली.

2003 मध्ये, अशा प्रकारच्या पहिल्या अभ्यासांपैकी एकामध्ये, लार्सन आणि तिच्या सहकाऱ्यांनी अलास्कातील 7.9 तीव्रतेच्या भूकंपामुळे भूकंपाच्या लाटा उसळल्याने जमीन कशी हलली याचा अभ्यास करण्यासाठी पश्चिम युनायटेड स्टेट्समध्ये जडलेल्या GPS रिसीव्हर्सचा वापर केला. 2011 पर्यंत, संशोधक जपानला उद्ध्वस्त करणाऱ्या 9.1 तीव्रतेच्या भूकंपाचा GPS डेटा घेऊ शकले आणि भूकंपाच्या वेळी समुद्राचा तळ 60 मीटरवर सरकल्याचे दाखवण्यात आले.

आज, शास्त्रज्ञ कसे ते अधिक व्यापकपणे पाहत आहेतजीपीएस डेटाभूकंपाचे त्वरित आकलन करण्यात मदत करू शकते. युजीन येथील ओरेगॉन विद्यापीठाचे डिएगो मेलगर आणि गोल्डन, कोलोरॅडो येथील यूएस जिओलॉजिकल सर्व्हेचे गेविन हेस यांनी 12 मोठ्या भूकंपांचा पूर्वलक्ष्यीपणे अभ्यास केला की ते भूकंप सुरू झाल्यापासून काही सेकंदात सांगू शकतील की ते किती मोठे होतील. भूकंपाच्या केंद्रांजवळील GPS स्टेशन्सच्या माहितीचा समावेश करून, शास्त्रज्ञ 10 सेकंदात हे निर्धारित करू शकतात की हा भूकंप 7 हानीकारक असेल की 9 तीव्रता असेल.

यूएस वेस्ट कोस्टसह संशोधक अगदी समाविष्ट करत आहेतजीपीएसत्यांच्या नवीन भूकंपाच्या पूर्व चेतावणी प्रणालीमध्ये, जी भूकंपाचा थरकाप ओळखते आणि दूरच्या शहरांमधील लोकांना सूचित करते की त्यांना हादरे लवकर येण्याची शक्यता आहे. आणि चिली त्याची उभारणी करत आहेजीपीएस network in order to have more accurate information more quickly, which can help calculate whether a quake near the coast is likely to generate a tsunami or not.

 

2. ज्वालामुखीचे निरीक्षण करा

भूकंपाच्या पलीकडे, च्या गतीजीपीएसअधिकाऱ्यांना इतर नैसर्गिक आपत्ती उलगडत असताना त्यांना अधिक जलद प्रतिसाद देण्यास मदत करत आहे.

उदाहरणार्थ, अनेक ज्वालामुखी वेधशाळा आहेतजीपीएसरिसीव्हर्स पर्वतांभोवती वेढलेले असतात, ते निरीक्षण करतात, कारण जेव्हा मॅग्मा भूगर्भात सरकण्यास सुरुवात करतो ज्यामुळे पृष्ठभाग देखील हलतो. ज्वालामुखीच्या आजूबाजूची GPS स्थानके कालांतराने कशी वाढतात किंवा बुडतात याचे निरीक्षण करून, संशोधकांना वितळलेला खडक कोठे वाहत आहे याबद्दल अधिक चांगली कल्पना मिळू शकते.

गेल्या वर्षी हवाई मधील किलाउआ ज्वालामुखीचा मोठा उद्रेक होण्यापूर्वी, संशोधकांनी वापरलेजीपीएसज्वालामुखीचे कोणते भाग सर्वात वेगाने सरकत आहेत हे समजून घेण्यासाठी. कोणत्या भागातून रहिवाशांना बाहेर काढायचे हे ठरवण्यात मदत करण्यासाठी अधिकाऱ्यांनी ती माहिती वापरली.

जीपीएस डेटाज्वालामुखीचा उद्रेक झाल्यानंतरही उपयोगी पडू शकतो. सिग्नल्स उपग्रहांपासून जमिनीवर जात असल्यामुळे, ज्वालामुखी हवेत बाहेर पडत असलेल्या कोणत्याही सामग्रीमधून त्यांना जावे लागते. 2013 मध्ये, अनेक संशोधन गटांनी अभ्यास केलाजीपीएस डेटाचार वर्षांपूर्वी अलास्कातील रेडाउट ज्वालामुखीच्या उद्रेकापासून आणि स्फोट सुरू झाल्यानंतर लगेचच सिग्नल विकृत झाल्याचे आढळले.

विकृतींचा अभ्यास करून, शास्त्रज्ञ अंदाज लावू शकले की किती राख बाहेर गेली आणि ती किती वेगाने जात होती. आगामी एका पेपरमध्ये, लार्सनने याला "ज्वालामुखीय प्लम्स शोधण्याचा एक नवीन मार्ग" म्हटले आहे.

ती आणि तिचे सहकारी स्मार्टफोन-विविधतेसह हे करण्याच्या मार्गांवर काम करत आहेतजीपीएस रिसीव्हर्समहागड्या वैज्ञानिक रिसीव्हर्सपेक्षा. हे ज्वालामुखीशास्त्रज्ञांना तुलनेने स्वस्त GPS नेटवर्क सेट करण्यास सक्षम करू शकते आणि राख प्लम्स वाढतात तेव्हा त्यांचे निरीक्षण करू शकतात. ज्वालामुखीय प्लुम्स ही विमानांसाठी एक मोठी समस्या आहे, ज्यांना त्यांच्या जेट इंजिनमध्ये कण अडकण्याचा धोका होण्याऐवजी राखेभोवती उडणे आवश्यक आहे.

 

3. बर्फाची तपासणी करा

चे काही सर्वात अनपेक्षित उपयोगजीपीएसत्याच्या सिग्नलच्या सर्वात गोंधळलेल्या भागांमधून येतात—जमिनीवरून उसळणारे भाग.

एक नमुनेदारजीपीएस रिसीव्हर, तुमच्या स्मार्टफोनमधील एक प्रमाणे, मुख्यतः थेट येणारे सिग्नल उचलतातजीपीएसवरचे उपग्रह. परंतु हे सिग्नल देखील उचलते जे तुम्ही चालत असलेल्या जमिनीवर बाउन्स झाले आहेत आणि तुमच्या स्मार्टफोनवर परावर्तित होतात.

बर्याच वर्षांपासून शास्त्रज्ञांना असे वाटले होते की हे परावर्तित सिग्नल फक्त आवाज नाहीत, एक प्रकारचा प्रतिध्वनी ज्यामुळे डेटाला चिखल झाला आणि काय चालले आहे हे शोधणे कठीण झाले. परंतु सुमारे 15 वर्षांपूर्वी लार्सन आणि इतरांना वैज्ञानिक जीपीएस रिसीव्हरमधील प्रतिध्वनींचा फायदा घेता येईल का याचा विचार करू लागले. जमिनीवरून परावर्तित होणाऱ्या सिग्नल्सची फ्रिक्वेन्सी आणि ते थेट रिसीव्हरवर पोहोचलेल्या सिग्नलशी कसे जोडले जातात हे तिने बघायला सुरुवात केली. त्यावरून ती प्रतिध्वनी उसळलेल्या पृष्ठभागाचे गुण काढू शकते. "आम्ही फक्त त्या प्रतिध्वनींना उलट-इंजिनियर केले," लार्सन म्हणतात.

हा दृष्टीकोन शास्त्रज्ञांना जीपीएस रिसीव्हरच्या खाली असलेल्या जमिनीबद्दल जाणून घेण्यास अनुमती देतो - उदाहरणार्थ जमिनीत किती आर्द्रता आहे किंवा पृष्ठभागावर किती बर्फ जमा झाला आहे. (जमीनवर जितका जास्त बर्फ पडेल तितका इको आणि रिसीव्हरमधील अंतर कमी होईल.) GPS स्टेशन बर्फाची खोली मोजण्यासाठी स्नो सेन्सर म्हणून काम करू शकतात, जसे की पर्वतीय भागात जेथे दरवर्षी बर्फाचे पॅक एक प्रमुख जलस्रोत आहे.

हे तंत्र आर्क्टिक आणि अंटार्क्टिकामध्ये देखील चांगले कार्य करते, जेथे वर्षभर बर्फवृष्टीचे निरीक्षण करणारी काही हवामान केंद्रे आहेत. मॅट सिगफ्राइड, आता गोल्डन येथील कोलोरॅडो स्कूल ऑफ माईन्समध्ये आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी 2007 ते 2017 या कालावधीत पश्चिम अंटार्क्टिकामधील 23 GPS स्थानकांवर बर्फ साठण्याचा अभ्यास केला. त्यांना बदलत्या बर्फाचे थेट मोजमाप करता येत असल्याचे आढळले. प्रत्येक हिवाळ्यात अंटार्क्टिकच्या बर्फाच्या शीटवर किती बर्फ जमा होतो - आणि प्रत्येक उन्हाळ्यात वितळलेल्या बर्फाशी त्याची तुलना कशी होते याचे मूल्यांकन करू पाहणाऱ्या संशोधकांसाठी ही महत्त्वपूर्ण माहिती आहे.

 

 

4. बुडण्याची जाणीव करा

जीपीएसभक्कम जमिनीवर स्थान मोजण्याचा एक मार्ग म्हणून सुरुवात केली असेल, परंतु ते पाण्याच्या पातळीतील बदलांचे निरीक्षण करण्यासाठी देखील उपयुक्त ठरते.

जुलैमध्ये, बोल्डर, कोलोरॅडो येथील UNAVCO भूभौतिकी संशोधन संस्थेतील अभियंता जॉन गॅलेत्स्का यांना बांगलादेशमध्ये गंगा आणि ब्रह्मपुत्रा नद्यांच्या संगमावर GPS स्टेशन स्थापित करताना आढळले. नदीचे गाळ संकुचित होत आहेत आणि जमीन हळूहळू बुडत आहे की नाही हे मोजणे हे उद्दिष्ट होते - उष्णकटिबंधीय चक्रीवादळ आणि समुद्राची पातळी वाढताना पूर येण्यास अधिक असुरक्षित बनवते. "GPS हे या प्रश्नाचे उत्तर देण्यासाठी आणि बरेच काही करण्यास मदत करणारे एक आश्चर्यकारक साधन आहे," गॅलेत्स्का म्हणतात.

खारफुटीच्या जंगलाच्या काठावर, सोनाटला नावाच्या शेतकरी समुदायात, गॅलेत्स्का आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी एकजीपीएसप्राथमिक शाळेच्या काँक्रीटच्या छतावरील स्टेशन. त्यांनी जवळच दुसरे स्टेशन उभारले, एका रॉडच्या वर एका भाताच्या भाताला मारले. जर जमीन खरोखरच बुडत असेल, तर दुसरे जीपीएस स्टेशन जमिनीतून हळूहळू बाहेर पडल्यासारखे दिसेल. आणि स्थानकांच्या खाली जीपीएस प्रतिध्वनी मोजून, शास्त्रज्ञ पावसाळ्यात तांदूळात किती पाणी उभे आहे यासारख्या घटकांचे मोजमाप करू शकतात.

जीपीएस रिसीव्हर्सभरती-ओहोटीचे मापक म्हणून काम करून समुद्रशास्त्रज्ञ आणि नाविकांना देखील मदत करू शकतात. Kachemak Bay, Alaska मधील GPS डेटासह काम करत असताना लार्सनने यात अडखळली. टेक्टोनिक विकृतीचा अभ्यास करण्यासाठी स्टेशनची स्थापना करण्यात आली होती, परंतु लार्सनला उत्सुकता होती कारण खाडीमध्ये युनायटेड स्टेट्समधील काही सर्वात मोठ्या भरती-ओहोटीचे फरक आहेत. तिने पाण्यावरून आणि रिसीव्हरपर्यंत उसळत असलेल्या GPS सिग्नलकडे पाहिले आणि जवळच्या बंदरातील वास्तविक भरती-ओहोटी गेजप्रमाणेच भरतीच्या बदलांचा मागोवा घेण्यास ती सक्षम होती.

हे जगाच्या काही भागांमध्ये उपयुक्त ठरू शकते जेथे दीर्घकालीन भरती-ओहोटीचे मापक सेट केलेले नाहीत—परंतु असे घडतेजवळचे GPS स्टेशन.

 

5. वातावरणाचे विश्लेषण करा

शेवटी,जीपीएसकाही वर्षांपूर्वीपर्यंत शास्त्रज्ञांनी विचार केला नव्हता अशा प्रकारे आकाशाच्या ओव्हरहेडबद्दलची माहिती चिडवू शकते. पाण्याची वाफ, विद्युत चार्ज केलेले कण आणि इतर घटक वातावरणातून प्रवास करणाऱ्या GPS सिग्नलला विलंब करू शकतात आणि त्यामुळे संशोधकांना नवीन शोध लावता येतात.

शास्त्रज्ञांचा एक गट वापरतोजीपीएसपाऊस किंवा बर्फ म्हणून बाहेर पडण्यासाठी उपलब्ध असलेल्या वातावरणातील पाण्याच्या बाष्पाचे प्रमाण अभ्यासणे. भिजणाऱ्या पावसात आकाशातून किती पाणी पडण्याची शक्यता आहे हे मोजण्यासाठी संशोधकांनी या बदलांचा वापर केला आहे, ज्यामुळे दक्षिण कॅलिफोर्निया सारख्या ठिकाणी फ्लॅश पूर येण्याची शक्यता वर्तवणाऱ्यांना अचूक ट्यून करता येईल. जुलै 2013 च्या वादळादरम्यान, हवामानशास्त्रज्ञांनी वापरलेजीपीएसमान्सूनच्या ओलाव्याचा मागोवा घेण्यासाठीचा डेटा किनाऱ्यावर फिरत होता, जो अचानक पूर येण्याच्या 17 मिनिटांपूर्वी चेतावणी जारी करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण माहिती ठरला.

जीपीएस सिग्नलआयनोस्फीअर म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या, वरच्या वातावरणाच्या विद्युतभारित भागातून ते प्रवास करतात तेव्हा देखील प्रभावित होतात. शास्त्रज्ञांनी वापरला आहेजीपीएस डेटाखाली समुद्र ओलांडून त्सुनामीच्या शर्यतीत आयनोस्फियरमधील बदलांचा मागोवा घेण्यासाठी. (त्सुनामीच्या शक्तीमुळे वातावरणात बदल घडतात जे आयनोस्फीअरपर्यंत सर्वत्र तरंगत असतात.) हे तंत्र एक दिवस त्सुनामी चेतावणी देण्याच्या पारंपारिक पद्धतीला पूरक ठरू शकते, ज्यामध्ये प्रवासी लाटेची उंची मोजण्यासाठी समुद्रात ठिपके असलेल्या बुयांचा वापर केला जातो. .

आणि शास्त्रज्ञ अगदी वापरून संपूर्ण सूर्यग्रहणाच्या परिणामांचा अभ्यास करण्यास सक्षम आहेतजीपीएस. ऑगस्ट 2017 मध्ये त्यांनी वापरलेजीपीएस स्टेशनसंपूर्ण युनायटेड स्टेट्समध्ये चंद्राची सावली संपूर्ण महाद्वीपावर सरकल्यामुळे वरच्या वातावरणातील इलेक्ट्रॉन्सची संख्या कशी कमी झाली हे मोजण्यासाठी, अन्यथा इलेक्ट्रॉन तयार करणारा प्रकाश मंद होतो.

तरजीपीएसतुमच्या पायाखालची जमीन हादरण्यापासून ते आकाशातून पडणाऱ्या बर्फापर्यंत सर्व गोष्टींसाठी उपयुक्त आहे. एखाद्या गोष्टीसाठी वाईट नाही जे तुम्हाला संपूर्ण शहराचा मार्ग शोधण्यात मदत करेल.

हा लेख मूळतः Knowable Magazine मध्ये दिसला, जो Annual Reviews मधील स्वतंत्र पत्रकारितेचा प्रयत्न आहे. वृत्तपत्रासाठी साइन अप करा.