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GPS探测运动

GPS可以作为探测运动和观测变化世界的绝佳工具。

如果用GPS接收器对某一固定点连续读取数据的话,就可以追踪这一点的运动情况,例如火山在内部岩浆作用下的不断膨胀,或是从南极大陆架上断裂下来的冰山的移动情况。增加接收器的数量(提高精度),用已知精确位置的GPS固定基站的信号作为基准,就可以清晰地捕捉到物体1/10英寸的突然运动,并对其进行实时监测。有了这项技术,科学家们就可以“上天入地”,探索很多我们原来并不十分清楚的动态过程。

香港的青马大桥是世界上最长的悬索桥,全长2200米,主桥跨度达1377米,两座吊塔高206米,距离海面62米。大桥可以承受强烈台风的袭击,桥体摇动距离可以达到几英尺,而疾驰而过的列车也会造成大桥主跨产生上下半米左右的振动。不过大桥的摇动也不能过于剧烈,如果桥身侧摆超过5米,大桥的钢梁和吊索就会像面条一样发生扭曲和弯折。
        

 

为了防患于未然,监测青马大桥的工程技术人员采用了GPS传感器阵列来对大桥的三维空间位置进行实时监控。他们在大桥的吊索、桥面和桥塔上安装了14个GPS接收器,这些接收器用长达数公里的光缆相连。这些传感器每秒钟都会向中央主控计算机发送10次各自的空间位置信息。同时在另外两个固定点上安装的GPS传感器也向主控计算机发回数据,主控计算机对数据进行校正以减小其误差。这样就可以把大桥的空间位置精确地显示出来,其水平误差不超过1厘米,垂直误差不超过2厘米。计算机还可以计算出风速和风向,并估算出大桥各个部位的应力和载荷状况,这样维护人员就可以方便地安排修理和维护工作。

 

科学家们还从来没有实地观察过金星或其他星球上的火山爆发。他们只知道在远古时代那里曾经有过火山爆发,但是对岩浆的流动速度、粘稠度等许多具体情况却无从得知。现在也没有能够在金星表面进行实地勘测的设备。于是科学家们就只能寻找地球上与之相类似的物质进行替代研究,然后把地球表面的物质与卫星照片进行对照,再分析其它星球的卫星照片,以此来分析推断遥远星球的情况。

在观察地球卫星照片的时候,科学家们发现美国新墨西哥州两处长达40到50公里的岩浆流,地理学家给它们起名为Car-rizozo和McCartys。这么长的岩浆流在地球上实属罕见,但在金星上却是很典型的情况。金星上的温度要比地球高得多,岩浆流的长度和存留时间要比地球上更长。

研究人员搜集了有关这两处岩浆流的几千份GPS数据,建立了岩浆流在许多不同地点的精确地形剖面图资料。这些岩浆流经地段的高度、坡度等地形资料能够帮助地质学家们了解岩浆的粘稠度,从而也就能判断出岩浆的成份及其流动的速度。Carrizozo和McCartys这两处岩浆流中间部分的粘稠度较低,而边缘部分粘稠度则较大,所以这两处岩浆流的特点就是中间流速大、不易冷却,边缘流速慢、冷却速度快。GPS数据还显示了凝固的岩浆外壳下隐藏着的奇异现象,其中包括岩浆流中心的一条岩浆管道,这一管道可以使岩浆在长达15公里的距离内保持融化状态。研究人员目前还不知道金星上是否也存在这种岩浆管道,这是一项很吸引人的研究内容。如果没有GPS的高精度测量技术,研究人员或许根本不会去研究这个问题,了解这一切的唯一途径就是亲自深入险地进行观测,但即使研究人员呆在火山爆发的地方亲自观察也未必能有这样的发现。

 

 


     GPS系统在很多领域都获得了广泛的应用,它的功能现在已经不仅仅局限于为个人提供位置和时间信息了。拥有这项技术,我们向宇宙的真相又迈进了一步。GPS系统的未来无可限量,技术进步带来的梦想也是没有止境的。

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