Yanınızda bir akıllı telefon varken şehir trafiğinde gezinme konusunda uzman olduğunuzu düşünebilirsiniz. Hatta bir yürüyüş bile yapabilirsinizKüresel Konumlama Sistemicihazıkırsal bölgede yolunuzu bulmak için. Ama muhtemelen yine de olan bitene şaşıracaksınız.Küresel Konumlama SistemiTüm modern navigasyonun temelini oluşturan küresel konumlandırma sistemi bunu yapabilir.
Küresel Konumlama SistemiDünya yüzeyine sinyal gönderen uydulardan oluşan bir takımyıldızdan oluşur. TemelKüresel Konumlama SistemialıcısıAkıllı telefonunuzdaki gibi, dört veya daha fazla uydudan gelen sinyallerin varış zamanını ölçerek yaklaşık 1 ila 10 metre içinde nerede olduğunuzu belirler. Daha meraklısı (ve daha pahalı)Küresel Konumlama SistemialıcılarıBilim insanları konumlarını santimetreye, hatta milimetreye kadar belirleyebiliyor. Araştırmacılar, bu ince taneli bilgiyi ve sinyalleri analiz etmenin yeni yollarını kullanarak, GPS'in onlara gezegen hakkında başlangıçta düşündüklerinden çok daha fazlasını anlatabileceğini keşfediyorlar.
Son on yılda daha hızlı ve daha doğruKüresel Konumlama Sistemicihazlarıbilim adamlarının büyük depremler sırasında yerin nasıl hareket ettiğini aydınlatmasına olanak sağladı.Küresel Konumlama SistemiAni su baskınları ve volkanik patlamalar gibi doğal afetler için daha iyi uyarı sistemlerinin geliştirilmesine yol açtı. Hatta araştırmacılar bazılarını MacGyvered bile yaptılar.Küresel Konumlama SistemialıcılarıDünyayı ölçmek için kar sensörleri, gelgit ölçerler ve diğer beklenmedik araçlar gibi davranmaya dönüşüyor.
Birçok keşfe öncülük eden ve 2019 Yıllık Dünya ve Gezegen Bilimleri Dergisi'nde bunlar hakkında yazan Colorado Boulder Üniversitesi'nden jeofizikçi Kristine Larson, "İnsanlar bu uygulamalar hakkında konuşmaya başladığımda deli olduğumu düşündüler" diyor. "Evet, bunu başarabildiğimiz ortaya çıktı."
İşte bilim adamlarının ancak yakın zamanda yapabileceklerini fark ettikleri bazı şaşırtıcı şeyler:Küresel Konumlama Sistemi.
1. DEPREM HİSSETMEK
Yüzyıllar boyunca yer bilimcileri, bir depremin ne kadar büyük ve ne kadar kötü olduğunu değerlendirmek için zeminin ne kadar sallandığını ölçen sismometrelere güvendiler.Küresel Konumlama Sistemialıcılar farklı bir amaca hizmet ediyordu; çok daha yavaş ölçeklerde gerçekleşen jeolojik süreçleri izlemek, örneğin levha tektoniği olarak bilinen süreçte Dünya'nın büyük kabuk levhalarının birbirini geçme hızı gibi. Bu yüzdenKüresel Konumlama SistemiSismometreler, Kaliforniya fayı bir depremde kırıldığında yer sarsıntısını ölçerken, bilim adamlarına San Andreas Fayı'nın karşıt taraflarının birbirini geçme hızını söyleyebilir.
Çoğu araştırmacı şunu düşündüKüresel Konumlama Sistemidepremleri değerlendirmede yararlı olacak kadar kesin ve yeterince hızlı bir şekilde konumları ölçemediler. Ancak bilim adamlarının, GPS uydularının Dünya'ya ilettiği sinyallerden ekstra bilgi elde edebildikleri ortaya çıktı.
Bu sinyaller iki bileşenle gelir. Bir, kod olarak bilinen birler ve sıfırlardan oluşan benzersiz bir seridir ve her biriKüresel Konumlama Sistemiuydu yayınlıyor. İkincisi ise kodu uydudan ileten daha kısa dalga boylu “taşıyıcı” sinyaldir. Taşıyıcı sinyal, kodun onlarca veya yüzlerce metre olabilen daha uzun dalga boyuna kıyasla daha kısa bir dalga boyuna (yalnızca 20 santimetre) sahip olduğundan, taşıyıcı sinyal, Dünya yüzeyindeki bir noktanın yerini belirlemek için yüksek çözünürlüklü bir yol sunar. Bilim adamları, araştırmacılar, ordu ve diğerleri genellikle çok hassas bir GPS konumuna ihtiyaç duyarlar ve bunun için gereken tek şey daha karmaşık bir GPS alıcısıdır.
Mühendisler aynı zamanda bu oranı da geliştirdiler.Küresel Konumlama Sistemialıcılar konumlarını günceller; bu da kendilerini saniyede 20 kez veya daha fazla yenileyebilecekleri anlamına gelir. Araştırmacılar bu kadar hızlı bir şekilde hassas ölçümler yapabileceklerini fark ettikten sonra, deprem sırasında yerin nasıl hareket ettiğini incelemek için GPS kullanmaya başladılar.
2003 yılında, türünün ilk çalışmalarından birinde Larson ve meslektaşları, Alaska'da meydana gelen 7,9 büyüklüğündeki depremden yayılan sismik dalgalar sırasında yerin nasıl değiştiğini incelemek için Amerika Birleşik Devletleri'nin batısına yerleştirilen GPS alıcılarını kullandılar. 2011 yılına gelindiğinde araştırmacılar, Japonya'yı harap eden 9.1 büyüklüğündeki depreme ilişkin GPS verilerini alabildiler ve deprem sırasında deniz tabanının 60 metre kadar şaşırtıcı bir şekilde kaydığını gösterdiler.
Bugün bilim insanları bunun nasıl yapılacağına daha geniş bir şekilde bakıyorlar.Küresel Konumlama Sistemiverileridepremleri hızlı bir şekilde değerlendirmelerine yardımcı olabilir. Eugene'deki Oregon Üniversitesi'nden Diego Melgar ve Golden, Colorado'daki ABD Jeoloji Araştırması'ndan Gavin Hayes, depremin başlangıcından birkaç saniye sonra ne kadar büyük olacağını söyleyip söyleyemeyeceklerini görmek için 12 büyük depremi geriye dönük olarak incelediler. Bilim insanları, deprem merkez üssü yakınındaki GPS istasyonlarından gelen bilgileri dahil ederek, depremin 7 büyüklüğünde mi yoksa tamamen yıkıcı 9 büyüklüğünde mi olacağını 10 saniye içinde belirleyebildiler.
Hatta ABD'nin Batı Kıyısı'ndaki araştırmacılar,Küresel Konumlama Sistemiyer sarsıntısını algılayan ve uzak şehirlerdeki insanlara sarsıntının yakın zamanda onları da vurup vurmayacağı konusunda bilgi veren yeni gelişen deprem erken uyarı sistemine dahil oldular. Ve Şili kendi inşasını sürdürüyorKüresel Konumlama SistemiDaha doğru bilgilere daha hızlı bir şekilde ulaşmak için ağ, kıyıya yakın bir depremin tsunami oluşturup oluşturmayacağının hesaplanmasına yardımcı olabilir.
2. BİR VOLKANI İZLEMEK
Depremlerin ötesinde, hızKüresel Konumlama Sistemiyetkililerin diğer doğal afetler ortaya çıktıkça daha hızlı tepki vermelerine yardımcı oluyor.
Örneğin birçok yanardağ gözlemevininKüresel Konumlama SistemiAlıcılar, izledikleri dağların etrafına dizildiler, çünkü magma yer altında kaymaya başladığında, bu genellikle yüzeyin de kaymasına neden olur. Araştırmacılar, bir volkanın etrafındaki GPS istasyonlarının zaman içinde nasıl yükseldiğini veya battığını izleyerek, erimiş kayanın nereye aktığı hakkında daha iyi bir fikir edinebilirler.
Geçen yıl Hawaii'deki Kilauea Yanardağı'nın büyük patlamasından önce araştırmacılar,Küresel Konumlama SistemiYanardağın hangi kısımlarının en hızlı şekilde değiştiğini anlamak için. Yetkililer bu bilgiyi sakinlerin hangi bölgelerden tahliye edileceğine karar vermek için kullandı.
Küresel Konumlama Sistemiverileribir yanardağ patladıktan sonra bile faydalı olabilir. Sinyaller uydulardan yere doğru gittiği için yanardağın havaya fırlattığı malzemenin içinden geçmek zorundalar. 2013 yılında birkaç araştırma grubu çalıştıKüresel Konumlama Sistemiverileridört yıl önce Alaska'daki Redoubt yanardağının patlamasından kaynaklanmış ve patlamanın başlamasından kısa süre sonra sinyallerin bozulduğunu tespit etmiştir.
Bilim insanları çarpıklıkları inceleyerek ne kadar külün yayıldığını ve ne kadar hızlı hareket ettiğini tahmin edebildiler. Takip eden bir makalede Larson, bunu "volkanik dumanları tespit etmenin yeni bir yolu" olarak nitelendirdi.
O ve meslektaşları bunu akıllı telefon çeşitliliğiyle yapmanın yolları üzerinde çalışıyorlar.Küresel Konumlama Sistemialıcılarıpahalı bilimsel alıcılar yerine. Bu, volkanologların nispeten ucuz bir GPS ağı kurmasına ve kül bulutlarını yükseldikçe izlemesine olanak sağlayabilir. Volkanik dumanlar, parçacıkların jet motorlarını tıkaması riskini almak yerine külün etrafında uçmak zorunda olan uçaklar için büyük bir sorundur.
3. KARI ARAŞTIRIN
En beklenmedik kullanımlarından bazılarıKüresel Konumlama Sistemisinyalin en dağınık kısımlarından, yani yerden seken kısımlarından geliyor.
Tipik birKüresel Konumlama SistemialıcısıAkıllı telefonunuzdaki gibi çoğunlukla doğrudan gelen sinyalleri alır.Küresel Konumlama Sistemiuydular tepemizde. Ancak aynı zamanda üzerinde yürüdüğünüz zeminden yansıyan ve akıllı telefonunuza yansıyan sinyalleri de alıyor.
Bilim insanları uzun yıllar boyunca bu yansıyan sinyallerin gürültüden başka bir şey olmadığını, verileri bulanıklaştıran ve neler olup bittiğini anlamayı zorlaştıran bir tür yankı olduğunu düşünmüştü. Ancak yaklaşık 15 yıl önce Larson ve diğerleri, bilimsel GPS alıcılarındaki yankılardan yararlanıp yararlanamayacaklarını merak etmeye başladılar. Yerden yansıyan sinyallerin frekanslarına ve bunların doğrudan alıcıya ulaşan sinyallerle nasıl birleştiğine bakmaya başladı. Buradan yankıların yansıdığı yüzeyin niteliklerini çıkarabiliyordu. Larson, "Bu yankıları tersine mühendislikle yaptık" diyor.
Bu yaklaşım, bilim adamlarının GPS alıcısının altındaki zemin hakkında bilgi edinmesine olanak tanıyor; örneğin toprağın ne kadar nem içerdiğini veya yüzeyde ne kadar kar biriktiğini. (Yere ne kadar çok kar düşerse, yankı ile alıcı arasındaki mesafe o kadar kısa olur.) GPS istasyonları, kar yığınlarının her yıl önemli bir su kaynağı olduğu dağlık bölgelerde olduğu gibi, kar derinliğini ölçmek için kar sensörleri olarak çalışabilir.
Bu teknik aynı zamanda yıl boyunca kar yağışını izleyen az sayıda hava istasyonunun bulunduğu Kuzey Kutbu ve Antarktika'da da iyi çalışıyor. Şu anda Golden'daki Colorado Madencilik Okulu'nda çalışan Matt Siegfried ve meslektaşları, 2007'den 2017'ye kadar Batı Antarktika'daki 23 GPS istasyonunda kar birikimini incelediler. Değişen karı doğrudan ölçebildiklerini buldular. Bu, Antarktika buz tabakasında her kış ne kadar kar oluştuğunu ve bunun her yaz eriyen kar miktarıyla nasıl karşılaştırıldığını değerlendirmek isteyen araştırmacılar için çok önemli bir bilgi.
4. BATIŞI HİSSETTİRİN
Küresel Konumlama SistemiSağlam zemindeki konumu ölçmenin bir yolu olarak başlamış olabilir, ancak aynı zamanda su seviyelerindeki değişikliklerin izlenmesinde de faydalı olduğu ortaya çıktı.
Temmuz ayında, Boulder, Colorado'daki UNAVCO jeofizik araştırma organizasyonunda mühendis olan John Galetzka, kendisini Bangladeş'te, Ganj ve Brahmaputra nehirlerinin kavşağında GPS istasyonları kurarken buldu. Amaç, nehir çökeltilerinin sıkışıp sıkışmadığını ve arazinin yavaşça batıp batmadığını ölçmekti; bu da bölgeyi tropikal kasırgalar ve deniz seviyesinin yükselmesi sırasında su baskınlarına karşı daha savunmasız hale getiriyor. Galetzka, "GPS, bu soruyu ve daha fazlasını yanıtlamaya yardımcı olacak harika bir araç" diyor.
Galetzka ve meslektaşları, mangrov ormanının kenarındaki Sonatala adlı çiftçi topluluğuna bir tane yerleştirdiler.Küresel Konumlama SistemiBir ilkokulun beton çatısındaki istasyon. Yakınlarda, çeltik tarlasına çakılmış bir çubuğun üzerine ikinci bir istasyon kurdular. Zemin gerçekten batıyorsa, ikinci GPS istasyonu yerden yavaşça çıkıyormuş gibi görünecektir. Bilim insanları, istasyonların altındaki GPS yankılarını ölçerek yağmur mevsimi boyunca çeltik tarlasında ne kadar su bulunduğu gibi faktörleri ölçebiliyor.
Küresel Konumlama Sistemialıcılarıgelgit ölçer görevi görerek oşinograflara ve denizcilere bile yardımcı olabilir. Larson, Alaska'daki Kachemak Körfezi'ndeki GPS verileriyle çalışırken bunu keşfetti. İstasyon tektonik deformasyonu incelemek için kurulmuştu ancak Larson merak ediyordu çünkü körfez aynı zamanda Amerika Birleşik Devletleri'ndeki en büyük gelgit değişimlerinden bazılarına da sahip. Sudan yansıyan ve alıcıya ulaşan GPS sinyallerine baktı ve gelgit değişikliklerini neredeyse yakındaki bir limandaki gerçek bir gelgit ölçer kadar doğru bir şekilde takip edebildi.
Bu, dünyanın uzun vadeli gelgit ölçüm cihazlarının kurulmadığı bölgelerinde yararlı olabilir; ancakYakında GPS istasyonu.
5. ATMOSFERİ ANALİZ EDİN
Nihayet,Küresel Konumlama Sistemibilim adamlarının birkaç yıl öncesine kadar mümkün olduğunu düşünmediği şekillerde gökyüzüne ilişkin bilgileri ortaya çıkarabilir. Su buharı, elektrik yüklü parçacıklar ve diğer faktörler atmosferde dolaşan GPS sinyallerini geciktirebilir ve bu da araştırmacıların yeni keşifler yapmasına olanak tanır.
Bir grup bilim insanı kullanıyorKüresel Konumlama Sistemiatmosferde yağmur veya kar olarak çökebilecek su buharı miktarını incelemek. Araştırmacılar bu değişiklikleri sağanak yağışlarda gökten ne kadar su düşeceğini hesaplamak için kullandılar ve bu da tahmincilerin Güney Kaliforniya gibi yerlerde ani sel tahminlerinde ince ayar yapmalarına olanak tanıdı. Temmuz 2013'teki fırtına sırasında meteorologlar şunları kullandı:Küresel Konumlama SistemiOrada kıyıya doğru hareket eden muson neminin izlenmesine yönelik veriler, ani sellerin meydana gelmesinden 17 dakika önce bir uyarı verilmesi için çok önemli bilgiler olduğu ortaya çıktı.
Küresel Konumlama SistemisinyalleriAyrıca iyonosfer olarak bilinen üst atmosferin elektrik yüklü kısmından geçerken de etkilenirler. Bilim insanları kullandıKüresel Konumlama SistemiverileriTsunamiler aşağıdaki okyanus boyunca hızla ilerlerken iyonosferdeki değişiklikleri izlemek için. (Tsunaminin gücü, atmosferde iyonosfere kadar dalgalanan değişiklikler yaratır.) Bu teknik, bir gün, ilerleyen dalganın yüksekliğini ölçmek için okyanus boyunca noktalı şamandıralar kullanan geleneksel tsunami uyarı yöntemini tamamlayabilir. .
Hatta bilim insanları tam güneş tutulmasının etkilerini de kullanarak incelemeyi başardılar.Küresel Konumlama Sistemi. Ağustos 2017'de şunu kullandılar:Küresel Konumlama SistemiistasyonlarıAy'ın gölgesi kıta boyunca hareket ederken üst atmosferdeki elektron sayısının nasıl düştüğünü ölçmek için Amerika Birleşik Devletleri'nin dört bir yanından ölçümler yapıldı.
Bu yüzdenKüresel Konumlama Sistemiayaklarınızın altındaki yerin sarsılmasından gökten düşen kara kadar her şey için faydalıdır. Şehrin öbür ucuna doğru yolunuzu bulmanıza yardımcı olması gereken bir şey için hiç de fena değil.
Bu makale ilk olarak Annual Reviews'tan bağımsız bir gazetecilik çalışması olan Knowable Magazine'de yayınlanmıştır. Bültene kaydolun.
