为什么指南针和 GPS 在地球极地无法运行正常？

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，GPS可能告诉你所在位置，但不能引导你方向。

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。

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 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。

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。

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。

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。

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。