为什么指南针和全球定位系统不能在地球的极地正常工作?

  • 时间:2020-08-31 09:09 编辑: 来源:新浪科技 阅读:293
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摘要:新浪科技新闻北京时间8月26日,据国外媒体报道,你知道指南针和全球定位系统在地球的极地都不能正常工作,指南针可以告诉你它在哪里,但它不能指引你的方向。全球定位系统的发明使人类生活更加简单。这是一种现代导航方法。你所需要做的就

新浪科技新闻北京时间8月26日,据国外媒体报道,你知道指南针和全球定位系统在地球的极地都不能正常工作,指南针可以告诉你它在哪里,但它不能指引你的方向。

全球定位系统的发明使人类生活更加简单。这是一种现代导航方法。你所需要做的就是把你的位置输入到全球定位系统,它会指引你的方向,人们基本上不会迷路。

然而,世界并不总是如此简单。全球定位系统是一项新技术,所以在它出现之前,指南针是值得依赖的,是一个真正的“导航顾问”。指南针是在公元1年开始使用的,当时它是在中国汉代首次制造的。事实上,在第二次世界大战期间,指南针和地图以垄断棋盘游戏的形式被走私到关押在德国的战俘手中。

然而,像全球定位系统和指南针这样的导航技术并非没有问题,而是在地球的不同区域以不同的方式运行。在某些地区,他们甚至可能完全停止运行或运行不准确!

  地球极地之谜

有两种类型的极地:——地极和磁极。在地理上,有南极和北极,它们是地球的最南端和最北端,也就是旋转轴和地球表面的交点。每个星球都有地理极地。

然而,像地球这样的一些天体也有磁场,这是由于地球上存在铁芯造成的。内核是固态的,而外内核处于熔融状态。外芯和铁水之间的连续对流将形成磁场。

磁场从地球表面向外延伸,而地球内部就像一个巨大的磁铁,所以地球有一个磁性北极和一个磁性南极。磁北极位于地理北极附近,而地极和磁极不在同一位置。

地理北极和磁南极相距约500公里。磁极不是固定的,而是不断改变它的位置。甚至地球磁场也会随着时间而衰减、逆转和重建。

磁场强度的变化和不断运动会导致指南针和全球定位系统的失效,但在深入探究其原因之前,让我们先了解指南针和全球定位系统是如何工作的。

  指南针如何运行?

指南针是一种非常基本的导航设备,但它极其重要。它的工作原理是磁北极吸引磁南极。如前所述,地球上有磁北极和磁南极。指南针是一种带有磁针的小装置。

当指南针平行于地面时,指针会旋转,磁针的北极会指向磁南极。因为磁南极位于地理北极附近,指针指向的方向是地理北极。同时,指向南方的是地理南极。

 在极地使用指南针

地球上有一个磁场,其强度足以使指南针运行。然而,磁场是一个矢量,除了磁场强度,还有一个磁场方向。因此,如果人们在任何极地地区携带指南针,指南针将保持水平,而磁场方向将垂直于指南针指针,指针将指向任何方向。

 GPS系统如何运行?

全球定位系统是一种基于卫星的导航系统。正如古代水手通过仰望星空来指引他们走上正确的道路一样,今天的人造导航卫星发挥了这一作用。整个全球定位系统由地面站、卫星和接收器等组成。卫星不断向接收器发送信号。人们每天驾驶的车辆、笔记本电脑和智能手机都装有全球定位系统,接收器执行操作并定位目标。随着越来越多卫星的部署,测量精度将越来越高,地面站被用来控制人造卫星。

全球定位系统由美国拥有和运营,其他国家也有自己的定位系统,如中国的北斗卫星导航系统和俄罗斯的GLONASS卫星导航系统。

  在极地使用GPS

现在很清楚为什么指南针在极地会失灵,但是全球定位系统在像指南针这样的极地也会有问题吗?人们可能认为全球定位系统不依赖于地球磁场,而是依赖于人造卫星,所以它们可以正常工作。然而,这一观点仍存在一些误解。

全球定位系统的功能确实依赖于环绕地球运行的卫星,但它的功能仅限于提供精确的位置。它可以告诉你在某个特定的时间点你在哪里,但是它不能准确地指引你到达目的地。为了充分发挥方向导航的作用,全球定位系统设备将在智能手机上安装谷歌地图等地图软件,以充分发挥指南针的方向指示功能。因此,全球定位系统和指南针同步工作,全球定位系统在两极没有故障。然而,由于指南针的损坏,全球定位系统设备将不再正确显示方向。

与此同时,我们还需要了解,全球定位系统并不总是正常工作,它可能会受到恶劣天气条件、障碍物(例如,用户在地下室)以及电离层效应造成的误差的影响。

电离层距离地面50公里到1000公里,由不断运动的带电粒子组成。因此,卫星发送的全球定位系统信号可能会分散在电离层中并延迟,这将导致信号误差。由于电离层不均匀,很难用简单的误差修正公式对其进行修正。

  导航VS磁极

每当人们将指南针水平放置时,它的指针就会指向磁南极,并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)可以代表地球的细微磁场,而全球定位系统设备也可以在这个模型的帮助下工作,这就是为什么全球定位系统可以告诉人们正确的路径。

然而,不断变化的地球磁场要求每五年更新一次WMM模型。您可以将WMM模型与普通地理地图进行比较和分析。如果大陆总是在移动,你每次都需要一张新的地图来确定正确的位置。同样,如果你使用的WMM模型已经过时,全球定位系统跟踪器可能会引导你到错误的位置。

  最终结论

指南针可能听起来像是一个过时的设备,但是人们使用的全球定位系统不能和指南针分开。他们一起工作,帮助人们通过世界磁场模型地图上显示的位置到达目的地。如果你到达地球的任何一个极地区域,全球定位系统可能仍然会跟踪你的脚印,但由于指南针失灵的影响,它不会帮助人们到达目的地。

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