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手机GPS背后的隐形人物:用纸质图手算出冥王星轨道的女数学家

原创 IT综合 作者:大数据文摘 时间:2020-05-29 14:12:13 0 删除 编辑

大数据文摘出品
来源:massive science
编译:睡不着的iris

GPS技术无疑已经成为了我们生活的一部分:在手机上使用行车导航,还能为Ins的照片标记位置。

但GPS是如何诞生的并不为人所熟知,这一切离不开美国空军数据家,已经90多岁的葛莱蒂丝·韦斯特女士。

今天,让我们一起探访这位GPS背后的隐形人物

行走的计算机


1930年,韦斯特出生于弗吉尼亚州丁维迪县的一个偏远的农村社区,她家里有一个小的农场,在那里,她、农民和烟草厂工人生活一起。

她很早就决定,留在弗吉尼亚州农村工作不是她所憧憬的未来,她认为教育是她走出农场的关键。她努力学习,在学校所有的科目都拿到了最优的成绩。尽管家里没有钱供她上大学,但她的努力换了来回报——1948年,她以优秀毕业生从高中毕业,并获得了美国弗吉尼亚州立大学的奖学金。

韦斯特决定在弗吉尼亚州立大学主修数学,在那里,她还是AKA(Alpha Kappa Alpha)联谊会成员。大学本科毕业后,韦斯特在弗吉尼亚州韦弗利市教了两年的科学和数学后,之后回到弗吉尼亚州立大学攻读数学硕士,并在1955年取得了学位。次年,她被聘为弗吉尼亚州达尔格伦海军试验场的数学家(现为海军水上作战中心),专门研究卫星数据。她是当时仅有的四名非裔美籍雇员之一。

起初,她就像一台行走的计算机,全都自己手写计算,但后来她转向计算机编程。20世纪60年代初,韦斯特进行了一项天文研究,证明了冥王星相对于海王星的运行规律,即冥王星每绕两个轨道运行一次,海王星就绕三个轨道运行,这一现象被称为“轨道共振”。明尼苏达州天文学会主席大卫·福克纳解释说:“冥王星的轨道非常古怪,或者说是椭圆形的,因此冥王星每运行248年,会有20年左右在海王星的轨道内运行。虽然这两个轨道实际上并不相交,但两颗行星如此接近可能导致它们之间产生相互的引力影响,并导致它们改变轨道。然而,由于海王星和冥王星的共振比为2:3,所以它们的距离永远不会超过17 AU(天文单位约为9300万英里)。因此,这种2:3的共振非常稳定,已经持续了数百万年。此后,她加入了“海洋卫星”雷达测量项目,担任项目经理。

       

起初,想要精确地测量地球表面的距离简直不可能


在“海洋卫星”(Seasat)项目之前,想要精确测量地球表面或地球与飞机等物体之间的距离几乎是不可能的。因为地球并非是一个完美的球体,这使得计算这些距离具有挑战性。海洋在测量不规则的行星形状方面起了很大的作用,因此了解海平面的变化为模拟行星形状迈出了重要的一步。“海洋卫星”是第一颗能够用雷达远程探测海洋的卫星,它可以测量卫星与地球海洋表面之间的距离。多年来,韦斯特利用“海洋卫星”和其他卫星提供的信息,构建了一个非常详细且精确反映地球实际形状的数学模型,称为“大地水准面”。这个计算模型是现代GPS的基础,因为GPS技术需要采用数学模型来确定接收机的位置。

“军事史上的隐藏人物”


在达尔格伦呆了42年后,韦斯特于1998年退休,尽管退休后5个月得了中风,但她并没有放慢脚步。她与丈夫一起在当地基督教青年会(YMCA)上课,努力重建自己的力量,恢复失去的活力。因为她有一个心愿,她要完成在公共管理领域的远程博士课程。最终,她于2018年从弗吉尼亚理工学院(Virginia Tech)获得了博士学位。
       

有段时间,西方在GPS科技发展中的研究未受重视

尽管她在军队的长期职业生成取得了不少成就,但她为全球定位系统技术发展做出的贡献并没有得到重视。直到纪念AKA联谊会成员的活动中,她提交了一份简短传记,在传记中简述了她是如何成为开发全球定位系统的团队的一员。这引起了一位姐妹会成员的注意,决心帮助韦斯特分享她的故事。2018年初,美联社报道了韦斯特的故事,随后空军航天司令部也发布新闻稿,正式将她视为军事史上的“隐形人物”。2018年2月,韦斯特获得弗吉尼亚州参议院的表彰。同年12月6日,在五角大楼举行的仪式上,她入选空军太空与导弹先驱名人堂。


至今,作为一名数学家,韦斯特更喜欢用纸质地图和手写计算开展研究,而不是用她帮助发明的GPS技术。


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