• 26 Settembre 2022

Le funzioni del gps sono davvero sorprendenti, le conosci tutte?

Le funzioni del GPS

Le funzioni del GPS

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Potresti pensare di essere un esperto nella navigazione nel traffico cittadino, con lo smartphone al tuo fianco. Potresti anche fare un’escursione con un dispositivo GPS ed orientarti con facilità. Ma probabilmente saresti ancora sorpreso da tutte le funzioni del GPS, il sistema di posizionamento globale alla base della navigazione moderna, può fare molte cose!

Il GPS è costituito da una miriade di satelliti che inviano segnali alla superficie terrestre. Un ricevitore GPS di base, come quello nello smartphone, determina dove ti trovi, entro pochi metri, misurando il tempo di arrivo dei segnali da quattro o più satelliti. Con i ricevitori GPS più elaborati (e più costosi), gli scienziati possono individuare le loro posizioni fino a pochi centimetri o addirittura millimetri. Usando queste informazioni dettagliate, insieme a nuovi modi per analizzare i segnali, i ricercatori stanno scoprendo che il GPS può dire loro molto di più sul pianeta di quanto pensassero inizialmente.

Nell’ultimo decennio, dispositivi GPS più veloci e precisi hanno permesso agli scienziati di scoprire il modo in cui il terreno si muove durante i grandi terremoti. Il GPS ha portato a migliori sistemi di allarme per catastrofi naturali come inondazioni improvvise ed eruzioni vulcaniche. E i ricercatori hanno persino usato alcuni ricevitori GPS come sensori anti valanga, misuratori di marea e altri strumenti inaspettati.

come funziona il GPS Fonte UNAVCO
come funziona il GPS Fonte UNAVCO

Ecco cinque funzioni del GPS davvero sorprendenti:

SENTIRE UN TERREMOTO

Per secoli i geoscienziati hanno fatto affidamento sui sismometri, che misurano quanto il terreno trema, per valutare quanto sia grande e grave il terremoto. I ricevitori GPS servivano ad uno scopo diverso: tenere traccia dei processi geologici che si verificano su scale molto più lente, come la velocità con cui le grandi placche crostali della Terra si intrecciano l’una con l’altra nel processo noto come tettonica a zolle. Quindi il GPS potrebbe dire agli scienziati la velocità con cui i lati opposti della Faglia di San Andreas si insinuano l’uno accanto all’altro, mentre i sismometri misurano il tremolio del terreno.

La maggior parte dei ricercatori pensava che il GPS semplicemente non fosse in grado di misurare posizioni abbastanza precisamente e abbastanza rapidamente da essere utile nella valutazione dei terremoti. Ma si scopre che gli scienziati possono spremere informazioni extra dai segnali che i satelliti GPS trasmettono alla Terra.

Questi segnali arrivano in due componenti. Una è la serie unica di uno e zeri, nota come codice, che ogni satellite GPS trasmette. Il secondo è un segnale “portante” di lunghezza d’onda più corta che trasmette il codice dal satellite. Poiché il segnale portante ha una lunghezza d’onda più breve, solo 20 centimetri, rispetto alla lunghezza d’onda più lunga del codice, che può essere di decine o centinaia di metri, il segnale portante offre un metodo ad alta risoluzione per individuare un punto sulla superficie terrestre. Scienziati, geometri, militari e altri hanno spesso bisogno di una posizione GPS molto precisa, e tutto ciò che serve è un ricevitore GPS più evoluto.

Evoluzione del GPS

Gli ingegneri hanno anche migliorato la velocità con cui i ricevitori GPS aggiornano la loro posizione, il che significa che possono aggiornarsi fino a 20 volte al secondo o più. Una volta che i ricercatori hanno capito che potevano eseguire misurazioni precise così rapidamente, hanno iniziato a utilizzare il GPS per esaminare come il terreno si muoveva durante un terremoto.

Nel 2003, in uno dei primi studi nel suo genere, alcuni scenziati hanno utilizzato ricevitori GPS montati negli Stati Uniti occidentali, per studiare come il terreno si è spostato mentre le onde sismiche si increspavano per un terremoto di magnitudo 7,9 in Alaska. Entro il 2011, i ricercatori sono stati in grado di acquisire i dati GPS, sul terremoto di magnitudo 9,1 che ha devastato il Giappone, e mostrare che il fondale marino si era spostato di 60 metri durante il sisma.

Oggi gli scienziati stanno esaminando in modo più ampio come le funzioni del GPS possono aiutarli a valutare rapidamente i terremoti. Includendo le informazioni provenienti dalle stazioni GPS vicino agli epicentri dei terremoti, hanno potuto determinare entro 10 secondi se il terremoto fosse di magnitudo 7 o di magnitudine 9.

I ricercatori lungo la costa occidentale degli Stati Uniti hanno persino incorporato il GPS nel loro nascente sistema di allerta precoce del terremoto, che rileva lo scuotimento del terreno e notifica alle persone in città lontane se è probabile che il terremoto li colpirà presto.

Fonte UNAVCO e GPS Reflections Research Group
Fonte UNAVCO e GPS Reflections Research Group

MONITORARE UN VULCANO

Oltre ai terremoti, le funzioni del GPS stanno aiutando i ricercatori a rispondere più rapidamente ad altre calamità naturali mentre si svolgono.

Molti osservatori di vulcani, ad esempio, hanno ricevitori GPS disposti intorno alle montagne che monitorano, perché quando il magma inizia a spostarsi sottoterra, spesso anche la superficie si sposta. Monitorando il modo in cui le stazioni GPS attorno ad un vulcano si innalzano, o affondano nel tempo, i ricercatori possono farsi un’idea più precisa di dove scorre la roccia fusa.

Prima della grande eruzione dell’anno scorso del vulcano Kilauea alle Hawaii, i ricercatori hanno usato il GPS per capire quali parti del vulcano si stavano spostando più rapidamente. I ricercatori hanno utilizzato tali informazioni per decidere da quali aree evacuare i residenti.

I dati GPS possono essere utili anche dopo che un vulcano ha eruttato. Poiché i segnali viaggiano dai satelliti al suolo, devono passare attraverso tutto il materiale che il vulcano sta espellendo nell’aria. Nel 2013, diversi gruppi di ricerca hanno studiato i dati GPS da un’eruzione del vulcano Redoubt in Alaska quattro anni prima e hanno scoperto che i segnali si sono distorti poco dopo l’inizio dell’eruzione.

Studiando le distorsioni, gli scienziati sono stati in grado di stimare la quantità di cenere emessa e la velocità con cui viaggiava.

In seguito hanno studiato su come farlo con ricevitori GPS per smartphone, piuttosto che costosi ricevitori scientifici. Ciò potrebbe consentire ai vulcanologi di creare una rete GPS relativamente economica e monitorare i pennacchi di cenere mentre si alzano. I pennacchi vulcanici sono un grosso problema per gli aeroplani, che devono volare attorno alla cenere, piuttosto che rischiare che le particelle, ostruiscano i loro motori a reazione.

TENERE D’OCCHIO LE NEVICATE

Alcuni degli usi più inaspettati del GPS provengono dalle parti più disordinate del suo segnale: ciò che rimbalza da terra.

Un tipico ricevitore GPS, come quello del tuo smartphone, riceve principalmente segnali che provengono direttamente dai satelliti GPS. Ma raccoglie anche segnali che sono rimbalzati sul terreno su cui stai camminando e si riflettono sul tuo smartphone.

Per molti anni gli scienziati avevano pensato che questi segnali riflessi non fossero altro che rumore, una sorta di eco che confondeva i dati e rendeva difficile capire cosa stesse succedendo. Ma circa 15 anni fa alcuni ricercatori hanno iniziato a chiedersi se potevano sfruttare gli echi dei ricevitori GPS scientifici. Cominciarono a guardare le frequenze dei segnali che si riflettevano da terra, e come si combinavano con i segnali che erano arrivati ​​direttamente al ricevitore. Da ciò si poteva dedurre le qualità della superficie terrestre.

Questo approccio consente agli scienziati di conoscere il terreno sotto il ricevitore GPS, ad esempio quanta umidità contiene il terreno, o quanta neve si è accumulata sulla superficie. (Più neve cade sul terreno, minore è la distanza tra l’eco e il ricevitore). Le funzioni del GPS possono funzionare come sensori delle precipitazioni nevose, per misurare la profondità della neve, come nelle aree montane in cui il manto nevoso è una delle principali risorse idriche ogni anno.

Il GPS sta facendo più di quanto pensassi
Campo antartico utilizzato dal British Antarctioc Survey. Il treppiede a destra contiene un’antenna GPS della stazione base. 
Credito: Getty Images

La tecnica funziona anche bene nell’Artico e in Antartide, dove ci sono poche stazioni meteorologiche che monitorano le nevicate tutto l’anno.

RILEVARE L’AFFONDAMENTO DEL TERRENO

Il GPS, potrebbe essere nato come un modo per misurare la posizione su un terreno solido, ma si rivela utile anche per monitorare i cambiamenti nei livelli dell’acqua.

John Galetzka, un ingegnere dell’organizzazione di ricerca geofisica dell’UNAVCO a Boulder, in Colorado, si è trovato a installare stazioni GPS in Bangladesh, all’incrocio dei fiumi Gange e Brahmaputra. L’obiettivo era misurare se i sedimenti fluviali si stanno compattando e la terra sta lentamente affondando, rendendola più vulnerabile alle inondazioni, durante i cicloni tropicali e l’innalzamento del livello del mare.

In una comunità agricola chiamata Sonatala, ai margini di una foresta di mangrovie, Galetzka e i suoi colleghi hanno posizionato una stazione GPS sul tetto di cemento di una scuola elementare. Hanno installato una seconda stazione nelle vicinanze, in cima ad un’asta in una risaia. Se il terreno sta davvero affondando, la seconda stazione GPS dovrebbe lentamente emergere da terra. E misurando gli echi GPS sotto le stazioni, gli scienziati possono misurare fattori, come quanta acqua si trova nella risaia durante la stagione delle piogge.

I ricevitori GPS possono anche aiutare gli oceanografi e i marinai, fungendo da misuratori di marea. Larson si è imbattuto in questo mentre lavorava con i dati GPS di Kachemak Bay, in Alaska . La stazione fu istituita per studiare la deformazione tettonica, ma Larson era curioso perché la baia ha anche alcune delle più grandi variazioni di marea negli Stati Uniti. Guardò i segnali GPS che rimbalzavano sull’acqua e fino al ricevitore, ed era in grado di tracciare i cambiamenti delle maree con la stessa precisione di un vero indicatore di marea in un porto vicino.

Questa è una delle funzioni del GPS, che potrebbe rivelarsi utile specialmente in alcune aree del mondo, in cui non sono installati misuratori di marea a lungo termine, ma nelle vicinanze è presente una stazione GPS.

ANALIZZARE L’ATMOSFERA

Il vapore acqueo, le particelle cariche elettricamente e altri fattori, possono ritardare i segnali GPS che viaggiano attraverso l’atmosfera e ciò consente ai ricercatori di fare nuove scoperte.

Un gruppo di scienziati utilizza il GPS per studiare la quantità di vapore acqueo nell’atmosfera, pronto a precipitare sotto forma di pioggia o neve. I ricercatori, hanno utilizzato questi cambiamenti, per calcolare quanta acqua potrebbe cadere dal cielo, consentendo ai meteorologi di mettere a punto le loro previsioni di inondazioni improvvise, in luoghi come la California meridionale. Durante una tempesta del luglio 2013, i meteorologi hanno utilizzato le funzioni del GPS per rintracciare l’umidità monsonica che si spostava a terra. Si è rivelata un’informazione cruciale, per emettere un avviso 17 minuti prima dell’inondazione.

I segnali GPS sono influenzati anche quando viaggiano attraverso la parte elettricamente carica dell’atmosfera, nota come ionosfera. Gli scienziati hanno utilizzato i dati GPS per tracciare i cambiamenti nella ionosfera, mentre gli tsunami corrono attraverso l’oceano sottostante.

La forza dello tsunami produce cambiamenti nell’atmosfera che si propagano fino alla ionosfera. Questa tecnica potrebbe un giorno integrare il metodo tradizionale di allarme tsunami, che utilizza boe sparse sull’oceano per misurare l’altezza e la velocità delle onde.

E gli scienziati sono stati persino in grado di studiare, gli effetti di un’eclissi solare totale, usando il GPS. Nell’agosto 2017, hanno utilizzato le stazioni GPS negli Stati Uniti per misurare come il numero di elettroni nell’atmosfera superiore è diminuito mentre l’ombra della luna si muoveva attraverso il continente, attenuando la luce che altrimenti avrebbe creato elettroni.

Quindi il GPS è utile per tutto, dal tremolio del sottosuolo, alla neve che cade dal cielo. Non male, per qualcosa che doveva solo aiutarti a trovare la strada di casa.

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valerio sanna

Vsx Blog : il mio punto di vista sul mondo del web, dell'innovazione e della scienza.

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