जीपीएस आपकी सोच से कहीं अधिक काम कर रहा है

आप सोच सकते हैं कि आप शहर के ट्रैफ़िक को नेविगेट करने में विशेषज्ञ हैं, स्मार्टफ़ोन आपके पास है। आप इसके साथ पदयात्रा भी कर सकते हैंजीपीएस डिवाइसबैककंट्री के माध्यम से अपना रास्ता खोजने के लिए। लेकिन आप शायद अभी भी उन सभी चीज़ों पर आश्चर्यचकित होंगेGPS- वैश्विक पोजिशनिंग सिस्टम जो सभी आधुनिक नेविगेशन का आधार है - ऐसा कर सकता है।

GPSइसमें उपग्रहों का एक समूह शामिल है जो पृथ्वी की सतह पर सिग्नल भेजते हैं। एक बुनियादीजीपीएस रिसीवरआपके स्मार्टफ़ोन की तरह, चार या अधिक उपग्रहों से सिग्नल के आगमन के समय को मापकर यह निर्धारित करता है कि आप कहां हैं - लगभग 1 से 10 मीटर के भीतर। कट्टरता के साथ (और अधिक महंगा)जीपीएस रिसीवर, वैज्ञानिक उनके स्थान को सेंटीमीटर या मिलीमीटर तक इंगित कर सकते हैं। उस बारीक जानकारी का उपयोग करते हुए, संकेतों का विश्लेषण करने के नए तरीकों के साथ, शोधकर्ता यह पता लगा रहे हैं कि जीपीएस उन्हें ग्रह के बारे में जितना उन्होंने मूल रूप से सोचा था उससे कहीं अधिक बता सकता है।

पिछले दशक में, तेज़ और अधिक सटीकजीपीएस उपकरणइससे वैज्ञानिकों को यह जानने में मदद मिली है कि बड़े भूकंपों के दौरान ज़मीन कैसे हिलती है।GPSइससे बाढ़ और ज्वालामुखी विस्फोट जैसी प्राकृतिक आपदाओं के लिए बेहतर चेतावनी प्रणाली तैयार हुई है। और शोधकर्ताओं ने कुछ को MacGyvered भी कर दिया हैजीपीएस रिसीवरपृथ्वी को मापने के लिए बर्फ सेंसर, ज्वार गेज और अन्य अप्रत्याशित उपकरणों के रूप में कार्य करना।

"जब मैंने इन अनुप्रयोगों के बारे में बात करना शुरू किया तो लोगों ने सोचा कि मैं पागल हूं," कोलोराडो बोल्डर विश्वविद्यालय के भूभौतिकीविद् क्रिस्टीन लार्सन कहते हैं, जिन्होंने कई खोजों का नेतृत्व किया है और पृथ्वी और ग्रह विज्ञान की 2019 की वार्षिक समीक्षा में उनके बारे में लिखा है। "ठीक है, यह पता चला कि हम यह करने में सक्षम थे।"

 

यहां कुछ आश्चर्यजनक चीजें हैं जिन्हें वैज्ञानिकों ने हाल ही में महसूस किया है कि वे ऐसा कर सकते हैंGPS.

1. भूकंप महसूस करें

भूकंप कितना बड़ा और कितना बुरा है, इसका आकलन करने के लिए सदियों से भूवैज्ञानिक भूकंपमापी यंत्रों पर भरोसा करते रहे हैं, जो मापते हैं कि जमीन कितनी हिल रही है।GPSरिसीवर्स ने एक अलग उद्देश्य पूरा किया - भूगर्भिक प्रक्रियाओं को ट्रैक करना जो बहुत धीमे पैमाने पर होती हैं, जैसे कि वह दर जिस पर पृथ्वी की महान क्रस्टल प्लेटें प्लेट टेक्टोनिक्स नामक प्रक्रिया में एक दूसरे से टकराती हैं। इसलिएGPSवैज्ञानिकों को यह बता सकता है कि सैन एंड्रियास फॉल्ट के विपरीत पक्ष किस गति से एक-दूसरे से आगे निकल रहे हैं, जबकि भूकंपमापी भूकंप में कैलिफोर्निया फॉल्ट के टूटने पर जमीन के हिलने को मापते हैं।

अधिकांश शोधकर्ताओं ने यही सोचाGPSभूकंप का आकलन करने में उपयोगी होने के लिए स्थानों को सटीक रूप से और इतनी तेज़ी से नहीं मापा जा सका। लेकिन यह पता चला है कि वैज्ञानिक उन संकेतों से अतिरिक्त जानकारी निकाल सकते हैं जो जीपीएस उपग्रह पृथ्वी पर संचारित करते हैं।

वे सिग्नल दो घटकों में आते हैं। एक इकाई और शून्य की अनूठी श्रृंखला है, जिसे कोड के रूप में जाना जाता है, प्रत्येकGPSउपग्रह संचारित करता है. दूसरा एक छोटा-तरंग दैर्ध्य "वाहक" सिग्नल है जो उपग्रह से कोड प्रसारित करता है। क्योंकि वाहक सिग्नल की तरंगदैर्घ्य छोटी होती है - मात्र 20 सेंटीमीटर - कोड की लंबी तरंगदैर्घ्य की तुलना में, जो दसियों या सैकड़ों मीटर हो सकती है, वाहक सिग्नल पृथ्वी की सतह पर एक स्थान को इंगित करने के लिए एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन तरीका प्रदान करता है। वैज्ञानिकों, सर्वेक्षणकर्ताओं, सेना और अन्य लोगों को अक्सर एक बहुत सटीक जीपीएस स्थान की आवश्यकता होती है, और इसके लिए एक अधिक जटिल जीपीएस रिसीवर की आवश्यकता होती है।

जिस दर पर इंजीनियरों ने सुधार भी किया हैGPSरिसीवर अपना स्थान अपडेट करते हैं, जिसका अर्थ है कि वे एक सेकंड में 20 बार या उससे अधिक बार खुद को ताज़ा कर सकते हैं। एक बार जब शोधकर्ताओं को एहसास हुआ कि वे इतनी जल्दी सटीक माप ले सकते हैं, तो उन्होंने यह जांचने के लिए जीपीएस का उपयोग करना शुरू कर दिया कि भूकंप के दौरान जमीन कैसे हिलती है।

2003 में, अपनी तरह के पहले अध्ययनों में से एक में, लार्सन और उनके सहयोगियों ने यह अध्ययन करने के लिए पश्चिमी संयुक्त राज्य भर में लगे जीपीएस रिसीवरों का उपयोग किया कि अलास्का में 7.9 तीव्रता के भूकंप से उठी भूकंपीय तरंगों के रूप में जमीन कैसे स्थानांतरित हुई। 2011 तक, शोधकर्ता जापान को तबाह करने वाले 9.1 तीव्रता के भूकंप पर जीपीएस डेटा लेने में सक्षम थे और दिखाया कि भूकंप के दौरान समुद्र तल 60 मीटर तक हिल गया था।

आज, वैज्ञानिक अधिक व्यापक रूप से इस पर विचार कर रहे हैं कि कैसेजीपीएस डेटाइससे उन्हें भूकंप का तुरंत आकलन करने में मदद मिल सकती है। यूजीन में ओरेगॉन विश्वविद्यालय के डिएगो मेलगर और गोल्डन, कोलोराडो में अमेरिकी भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण के गेविन हेस ने 12 बड़े भूकंपों का पूर्वव्यापी अध्ययन किया, यह देखने के लिए कि क्या वे बता सकते हैं कि भूकंप शुरू होने के कुछ सेकंड के भीतर, यह कितना बड़ा हो जाएगा। भूकंप के केंद्र के पास जीपीएस स्टेशनों से जानकारी शामिल करके, वैज्ञानिक 10 सेकंड के भीतर यह निर्धारित कर सकते हैं कि भूकंप 7 तीव्रता का विनाशकारी होगा या पूरी तरह से विनाशकारी 9 तीव्रता वाला होगा।

यूएस वेस्ट कोस्ट के शोधकर्ता भी इसे शामिल कर रहे हैंGPSउनकी नवोदित भूकंप पूर्व चेतावनी प्रणाली में, जो ज़मीन के हिलने का पता लगाता है और दूर के शहरों में लोगों को सूचित करता है कि क्या झटके जल्द ही उन पर आने वाले हैं। और चिली इसका निर्माण कर रहा हैGPSअधिक तेज़ी से अधिक सटीक जानकारी प्राप्त करने के लिए नेटवर्क, जो यह गणना करने में मदद कर सकता है कि तट के पास भूकंप से सुनामी उत्पन्न होने की संभावना है या नहीं।

 

2. ज्वालामुखी की निगरानी करें

भूकंप से परे, की गतिGPSअधिकारियों को अन्य प्राकृतिक आपदाओं के सामने आने पर अधिक तेज़ी से प्रतिक्रिया करने में मदद मिल रही है।

उदाहरण के लिए, कई ज्वालामुखी वेधशालाएँ हैंGPSपहाड़ों के चारों ओर रिसीवर्स की व्यवस्था की जाती है जिससे वे निगरानी करते हैं, क्योंकि जब मैग्मा भूमिगत स्थानांतरित होना शुरू होता है तो अक्सर सतह भी स्थानांतरित हो जाती है। ज्वालामुखी के आसपास के जीपीएस स्टेशन समय के साथ कैसे बढ़ते या डूबते हैं, इसकी निगरानी करके, शोधकर्ता इस बात का बेहतर अंदाजा लगा सकते हैं कि पिघली हुई चट्टान कहाँ बह रही है।

पिछले साल हवाई में किलाउआ ज्वालामुखी के बड़े विस्फोट से पहले, शोधकर्ताओं ने प्रयोग किया थाGPSयह समझने के लिए कि ज्वालामुखी के कौन से हिस्से सबसे तेज़ी से हिल रहे थे। अधिकारियों ने उस जानकारी का उपयोग यह तय करने में मदद के लिए किया कि किन क्षेत्रों से निवासियों को निकाला जाए।

जीपीएस डेटाज्वालामुखी फूटने के बाद भी उपयोगी हो सकता है। क्योंकि सिग्नल उपग्रहों से जमीन तक यात्रा करते हैं, उन्हें ज्वालामुखी द्वारा हवा में छोड़े जा रहे किसी भी पदार्थ से गुजरना पड़ता है। 2013 में, कई शोध समूहों ने अध्ययन कियाजीपीएस डेटाचार साल पहले अलास्का में रिडाउट ज्वालामुखी के विस्फोट से और पाया गया कि विस्फोट शुरू होने के तुरंत बाद संकेत विकृत हो गए थे।

विकृतियों का अध्ययन करके, वैज्ञानिक अनुमान लगा सकते हैं कि कितनी राख निकली थी और कितनी तेजी से यात्रा कर रही थी। एक आगामी पेपर में, लार्सन ने इसे "ज्वालामुखीय प्लम का पता लगाने का एक नया तरीका" कहा।

वह और उनके सहकर्मी स्मार्टफोन-विविधता के साथ ऐसा करने के तरीकों पर काम कर रहे हैंजीपीएस रिसीवरमहँगे वैज्ञानिक रिसीवरों के बजाय। इससे ज्वालामुखी विज्ञानियों को अपेक्षाकृत सस्ता जीपीएस नेटवर्क स्थापित करने और राख के गुबार के बढ़ने पर निगरानी करने में मदद मिल सकती है। ज्वालामुखीय गुबार हवाई जहाज़ों के लिए एक बड़ी समस्या है, जिन्हें अपने जेट इंजनों को अवरुद्ध करने वाले कणों के जोखिम के बजाय राख के चारों ओर उड़ना पड़ता है।

 

3. बर्फ की जांच करें

के कुछ सबसे अप्रत्याशित उपयोगGPSइसके सिग्नल के सबसे गंदे हिस्सों से आते हैं - वे हिस्से जो जमीन से उछलते हैं।

एक ठेठजीपीएस रिसीवर, जैसे कि आपके स्मार्टफ़ोन में होता है, अधिकतर सिग्नल पकड़ता है जो सीधे आ रहे हैंGPSउपग्रह उपरि. लेकिन यह उन संकेतों को भी पकड़ लेता है जो जमीन पर आप चल रहे हैं और आपके स्मार्टफोन पर प्रतिबिंबित होते हैं।

कई वर्षों तक वैज्ञानिकों ने सोचा था कि ये प्रतिबिंबित संकेत शोर के अलावा और कुछ नहीं थे, एक प्रकार की प्रतिध्वनि जिसने डेटा को खराब कर दिया और यह पता लगाना मुश्किल हो गया कि क्या हो रहा था। लेकिन लगभग 15 साल पहले लार्सन और अन्य लोग सोचने लगे कि क्या वे वैज्ञानिक जीपीएस रिसीवरों में गूँज का लाभ उठा सकते हैं। उसने उन संकेतों की आवृत्तियों को देखना शुरू कर दिया जो जमीन से प्रतिबिंबित होते थे और वे कैसे उन संकेतों के साथ जुड़ते थे जो सीधे रिसीवर तक पहुंचे थे। इससे वह उस सतह के गुणों का अनुमान लगा सकती थी जिससे प्रतिध्वनियाँ उछली थीं। लार्सन कहते हैं, "हमने बस उन गूँजों को रिवर्स-इंजीनियर किया है।"

यह दृष्टिकोण वैज्ञानिकों को जीपीएस रिसीवर के नीचे की जमीन के बारे में जानने की अनुमति देता है - उदाहरण के लिए मिट्टी में कितनी नमी है या सतह पर कितनी बर्फ जमा हुई है। (जमीन पर जितनी अधिक बर्फ गिरती है, प्रतिध्वनि और रिसीवर के बीच की दूरी उतनी ही कम होती है।) जीपीएस स्टेशन बर्फ की गहराई को मापने के लिए स्नो सेंसर के रूप में काम कर सकते हैं, जैसे कि पहाड़ी क्षेत्रों में जहां स्नोपैक हर साल एक प्रमुख जल संसाधन है।

यह तकनीक आर्कटिक और अंटार्कटिका में भी अच्छी तरह से काम करती है, जहां कुछ मौसम केंद्र साल भर बर्फबारी की निगरानी करते हैं। मैट सिगफ्राइड, जो अब गोल्डन में कोलोराडो स्कूल ऑफ माइन्स में हैं, और उनके सहयोगियों ने 2007 से 2017 तक पश्चिम अंटार्कटिका में 23 जीपीएस स्टेशनों पर बर्फ जमा होने का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि वे बदलती बर्फ को सीधे माप सकते हैं। यह उन शोधकर्ताओं के लिए महत्वपूर्ण जानकारी है जो यह आकलन करना चाहते हैं कि अंटार्कटिक की बर्फ की चादर हर सर्दियों में कितनी बर्फ बनाती है - और इसकी तुलना हर गर्मियों में पिघलने वाली बर्फ से कैसे की जाती है।

 

 

4. डूबने का एहसास

GPSइसकी शुरुआत भले ही ठोस जमीन पर स्थान मापने के तरीके के रूप में हुई हो, लेकिन यह जल स्तर में बदलाव की निगरानी में भी उपयोगी साबित हुआ है।

जुलाई में, कोलोराडो के बोल्डर में UNAVCO भूभौतिकी अनुसंधान संगठन के एक इंजीनियर जॉन गैलेट्ज़का ने खुद को बांग्लादेश में गंगा और ब्रह्मपुत्र नदियों के जंक्शन पर जीपीएस स्टेशन स्थापित करते हुए पाया। लक्ष्य यह मापना था कि क्या नदी की तलछट संकुचित हो रही है और भूमि धीरे-धीरे डूब रही है - जिससे यह उष्णकटिबंधीय चक्रवातों और समुद्र के स्तर में वृद्धि के दौरान बाढ़ के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाती है। गैलेत्ज़का का कहना है, "इस प्रश्न और अन्य प्रश्नों का उत्तर देने में मदद करने के लिए जीपीएस एक अद्भुत उपकरण है।"

मैंग्रोव जंगल के किनारे सोनाटाला नामक कृषक समुदाय में, गैलेत्ज़का और उनके सहयोगियों ने एक रखाGPSएक प्राथमिक विद्यालय की कंक्रीट की छत पर स्टेशन। उन्होंने पास में ही चावल के धान में ठोकी गई एक छड़ी के ऊपर एक दूसरा स्टेशन स्थापित किया। यदि जमीन सचमुच धंस रही है तो दूसरा जीपीएस स्टेशन ऐसा दिखेगा जैसे वह धीरे-धीरे जमीन से बाहर निकल रहा हो। और स्टेशनों के नीचे जीपीएस गूँज को मापकर, वैज्ञानिक कारकों को माप सकते हैं जैसे कि बरसात के मौसम में चावल के धान में कितना पानी जमा है।

जीपीएस रिसीवरयहां तक ​​कि ज्वार-मापी के रूप में कार्य करके समुद्र विज्ञानियों और नाविकों की भी मदद कर सकता है। अलास्का के काचेमैक बे से जीपीएस डेटा के साथ काम करते समय लार्सन को यह बात पता चली। स्टेशन की स्थापना टेक्टोनिक विरूपण का अध्ययन करने के लिए की गई थी, लेकिन लार्सन उत्सुक था क्योंकि खाड़ी में संयुक्त राज्य अमेरिका में सबसे बड़ी ज्वारीय विविधताएं भी हैं। उसने जीपीएस सिग्नलों को देखा जो पानी से निकलकर रिसीवर तक उछल रहे थे, और ज्वारीय परिवर्तनों को लगभग पास के बंदरगाह में वास्तविक ज्वार गेज के समान सटीकता से ट्रैक करने में सक्षम थी।

यह दुनिया के उन हिस्सों में मददगार हो सकता है जहां दीर्घकालिक ज्वार गेज स्थापित नहीं हैं - लेकिन ऐसा होता हैपास में जीपीएस स्टेशन.

 

5. वातावरण का विश्लेषण करें

अंत में,GPSऊपर आकाश के बारे में जानकारी को इस तरह से छेड़ा जा सकता है, जिसके बारे में वैज्ञानिकों ने कुछ साल पहले तक संभव नहीं सोचा था। जल वाष्प, विद्युत आवेशित कण और अन्य कारक वायुमंडल से गुजरने वाले जीपीएस सिग्नलों में देरी कर सकते हैं, और इससे शोधकर्ताओं को नई खोज करने में मदद मिलती है।

वैज्ञानिकों का एक समूह उपयोग करता हैGPSवायुमंडल में जलवाष्प की मात्रा का अध्ययन करना जो बारिश या बर्फ के रूप में बाहर निकलने के लिए उपलब्ध है। शोधकर्ताओं ने इन परिवर्तनों का उपयोग यह गणना करने के लिए किया है कि भीषण बारिश में आसमान से कितना पानी गिरने की संभावना है, जिससे पूर्वानुमानकर्ताओं को दक्षिणी कैलिफोर्निया जैसे स्थानों में अचानक बाढ़ की अपनी भविष्यवाणियों को ठीक करने की अनुमति मिलती है। जुलाई 2013 के तूफान के दौरान, मौसम विज्ञानियों ने इसका उपयोग कियाGPSवहां तट पर चल रही मानसूनी नमी को ट्रैक करने के लिए डेटा, जो अचानक बाढ़ आने से 17 मिनट पहले चेतावनी जारी करने के लिए महत्वपूर्ण जानकारी साबित हुई।

जीपीएस सिग्नलजब वे ऊपरी वायुमंडल के विद्युत आवेशित भाग, जिसे आयनमंडल के नाम से जाना जाता है, से गुज़रते हैं तो भी प्रभावित होते हैं। वैज्ञानिकों ने प्रयोग किया हैजीपीएस डेटानीचे समुद्र में सुनामी की दौड़ के दौरान आयनमंडल में होने वाले परिवर्तनों को ट्रैक करने के लिए। (सुनामी का बल वायुमंडल में परिवर्तन उत्पन्न करता है जो आयनमंडल तक तरंगित होता है।) यह तकनीक एक दिन सुनामी की चेतावनी की पारंपरिक पद्धति का पूरक बन सकती है, जो यात्रा तरंग की ऊंचाई को मापने के लिए समुद्र भर में बिंदीदार प्लवों का उपयोग करती है। .

और वैज्ञानिक इसका उपयोग करके पूर्ण सूर्य ग्रहण के प्रभावों का अध्ययन करने में भी सक्षम हुए हैंGPS. अगस्त 2017 में, उन्होंने प्रयोग कियाजीपीएस स्टेशनसंयुक्त राज्य भर में यह मापने के लिए कि चंद्रमा की छाया महाद्वीप के पार चली जाने के कारण ऊपरी वायुमंडल में इलेक्ट्रॉनों की संख्या कैसे कम हो गई, जिससे प्रकाश जो अन्यथा इलेक्ट्रॉनों का निर्माण करता था, कम हो गया।

इसलिएGPSआपके पैरों के नीचे की ज़मीन हिलने से लेकर आसमान से गिरने वाली बर्फ़ तक हर चीज़ के लिए उपयोगी है। किसी ऐसी चीज़ के लिए बुरा नहीं है जो आपको शहर भर में अपना रास्ता खोजने में मदद करने वाली थी।

यह लेख मूल रूप से नॉएबल ​​मैगज़ीन में छपा था, जो एनुअल रिव्यूज़ का एक स्वतंत्र पत्रकारिता प्रयास है। न्यूज़लैटर के लिए साइन अप करें।