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为什么指南针和GPS在地球极地无法运行正常?

新浪科技2020-08-26 10:15:440阅

最终结论

电离层距离地面50千米至1000千米,它是由连续运动的带电粒子构成,因此,卫星发送的GPS信号可能会在电离层中分散而出现延迟,这将产生信号误差。由于电离层不是均匀的,因此很难有一个简单的错误修正公式进行修改。

全球定位系统的功能确实依赖于绕地球运行的卫星,但其功能仅限于提供精确位置,它可以告诉你在一个特定时间点你在哪里,但它无法精准地引导你到达目的地。为了发挥方向性指引作用,GPS设备会安装地图软件,例如:智能手机上的谷歌地图,发挥指南针的方向指示作用。因此,GPS和指南针是同步工作的,GPS在两极本身没有故障,但由于指南针损坏,GPS设备将不再正确显示方向。

人们现已清楚为什么指南针会在极地出现故障,然而GPS是否也会像指南针一样在极地出现问题?人们可能会认为GPS并不依赖于地球磁场,而是依赖于人造卫星,所以它们可以正常工作。但是该观点仍存在一定误区。

地球极地之谜

磁场从地球表面向外延伸,而地球内部表现得像一个巨大的磁铁,因此地球存在一个磁北极和一个磁南极,磁北极位于地理南极附近,磁南极位于地理北极附近,地极和磁极并不存在同一位置。

新浪科技讯 北京时间8月26日消息,据国外媒体报道,你知道吗~指南针和GPS系统在地球极地都无法正常运行,指南针可能告诉你所在位置,但不能引导你方向。

GPS系统如何运行?

磁场强度变化和不断移动会导致指南针和GPS系统发生故障,但在深入探查原因之前,让我们先了解一下指南针和GPS系统是如何运行的。

然而,世界并不总是这么简单,全球定位系统是一项新技术,因此在它出现之前,指南针是值得依赖的,是真实的“导航顾问”。指南针是从公元1年开始使用,当时它是由中国汉朝首次制造的,事实上,第二次世界大战时期,指南针和地图曾以大富翁图板游戏方式走私给德国关押的战俘。

指南针可能听起来像一个过时的设备,但是现在人们使用的GPS系统离不开指南针,两者结合在一起工作,并通过世界磁场模型地图上指出的位置帮助人们到达目的地。如果你到达地球任何一个极地,GPS系统仍可能跟踪到你的足迹,但受功能故障的指南针影响,将无法帮助人们到达目的地。(叶倾城)

在极地使用GPS

指南针如何运行?

全球定位系统(GPS)的发明使人类生活变得更加简单,这是现代导航方式,你所需要做的就是将位置输入GPS系统,该系统就会引导你方向,人们基本上不会迷路。

导航VS磁极

GPS全球定位系统是一种基于卫星的导航系统,就像古代水手们通过仰望星空来指引他们走正确的路一样,现今的人造导航卫星就是起到这个作用。整体GPS系统是由地面站、卫星和接收器等组成,卫星不断地向接收器发送信号,人们日常驾驶的车辆、使用的笔记本电脑、智能手机都配备GPS系统,接收器执行运算,并对目标进行定位。随着人类部署越来越多的卫星,勘测精度将越来越高,地面站是用于操控人造卫星的。

同时,我们还需要明白全球定位系统并非永远正常运行,它可能受恶劣天气条件、障碍物(例如:使用者身处地下室)的影响,也可能受电离层效应产生误差的影响。

地理北极和磁南极相距大约500公里,磁极不是固定的,而是不断地改变位置,甚至地球磁场会随着时间推移而衰减、逆转和重新建立。

地球有两种类型极地——地极和磁极,从地理位置上,地球存在南极和北极,分别是地球的最南端和最北端,即旋转轴和地表的交汇处,每颗行星都有地理极地。

每当人们将指南针保持水平方向,其指针将指向磁南极,与地理北极保持最小距离。为了纠正这种异常现象,世界磁场模型(WMM)可代表地球微妙的磁场,GPS设备也可以在该模型的帮助下工作,这就是为什么GPS能够告诉人们正确的路径。

地球存在磁场,其非常强大足以使指南针运行,然而,磁场是一个矢量,除了具有磁场强度外,还存在磁场方向。因此,人们如果携带指南针身处任何一个极地,指南针保持水平,而此时磁场方向就垂直于指南针指针,指针会指向任意方向。

然而,GPS和指南针等导航技术并非没有故障,而是在地球不同地区以不同方式运行。在某些地区,它们甚至可能完全停止运行或者运行不准确!

在极地使用指南针

当指南针与地面保持平行时,指针就会旋转,磁针的北极指向就是磁南极方向,由于磁南极位于地理北极附近,因此指针所指的方向就是地理北极。同时,指针指向南方就是地理南极。

然而,不断变化的地球磁场要求每5年更新一次WMM模型,你可以将WMM模型与普通的地理地图进行对比分析,如果大陆一直处于移动状态,每次你都需要一张新地图来确定正确位置,同样,如果你使用的WMM模型过时,GPS跟踪器可能会将你引导至错误位置。

全球定位系统是由美国拥有和运营的,其他国家也有自己运营的定位系统,例如:中国的“北斗”卫星导航系统和俄罗斯“格洛纳斯(GLONASS)”卫星导航系统。

指南针是一种非常基本的导航装置,但它却极为重要,它的工作原理是磁北极吸引磁南极,如前所述,地球存在磁北极和磁南极,指南针是一种带有磁针的小装置。

然而,像地球的一些天体也存在磁场,地球磁场是由地球存在铁芯所致,其内核是固体,而外核是熔融状态,外核和熔铁移动产生持续的对流将形成磁场。

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