新浪科技■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 09:41:390阅
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图1/5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 。
【新浪科技■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 09:41:390阅】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 。
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 。
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！
地球极地之谜
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图2/5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 。
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 。
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 。
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 。
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 。
指南针如何运行？
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图3/5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 。
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 。
在极地使用指南针
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 。
GPS系统如何运行？
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 。
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 。
在极地使用GPS
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图4/5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 。
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 。
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 。
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 。
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