手機GPS背后的隱形人物：用紙質(zhì)圖手算出冥王星軌道的女?dāng)?shù)學(xué)家

時間：2020-06-11 09:06:29

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[導(dǎo)讀]GPS技術(shù)無疑已經(jīng)成為了我們生活的一部分：在手機上使用行車導(dǎo)航，還能為Ins的照片標(biāo)記位置。但GPS是如何誕生的并不為人所熟知，這一切離不開美國空軍數(shù)據(jù)家，已經(jīng)90多歲的葛萊蒂絲·韋斯特女士。今天，讓我們一起探訪這位GPS背后的隱形人物。行走的計算機

手機GPS背后的隱形人物：用紙質(zhì)圖手算出冥王星軌道的女?dāng)?shù)學(xué)家

GPS技術(shù)無疑已經(jīng)成為了我們生活的一部分：在手機上使用行車導(dǎo)航，還能為Ins的照片標(biāo)記位置。

但GPS是如何誕生的并不為人所熟知，這一切離不開美國空軍數(shù)據(jù)家，已經(jīng)90多歲的葛萊蒂絲·韋斯特女士。

今天，讓我們一起探訪這位GPS背后的隱形人物。

行走的計算機

1930年，韋斯特出生于弗吉尼亞州丁維迪縣的一個偏遠(yuǎn)的農(nóng)村社區(qū)，她家里有一個小的農(nóng)場，在那里，她、農(nóng)民和煙草廠工人生活一起。

她很早就決定，留在弗吉尼亞州農(nóng)村工作不是她所憧憬的未來，她認(rèn)為教育是她走出農(nóng)場的關(guān)鍵。她努力學(xué)習(xí)，在學(xué)校所有的科目都拿到了最優(yōu)的成績。盡管家里沒有錢供她上大學(xué)，但她的努力換了來回報——1948年，她以優(yōu)秀畢業(yè)生從高中畢業(yè)，并獲得了美國弗吉尼亞州立大學(xué)的獎學(xué)金。

韋斯特決定在弗吉尼亞州立大學(xué)主修數(shù)學(xué)，在那里，她還是AKA（Alpha Kappa Alpha）聯(lián)誼會成員。大學(xué)本科畢業(yè)后，韋斯特在弗吉尼亞州韋弗利市教了兩年的科學(xué)和數(shù)學(xué)后，之后回到弗吉尼亞州立大學(xué)攻讀數(shù)學(xué)碩士，并在1955年取得了學(xué)位。次年，她被聘為弗吉尼亞州達爾格倫海軍試驗場的數(shù)學(xué)家（現(xiàn)為海軍水上作戰(zhàn)中心），專門研究衛(wèi)星數(shù)據(jù)。她是當(dāng)時僅有的四名非裔美籍雇員之一。

起初，她就像一臺行走的計算機，全都自己手寫計算，但后來她轉(zhuǎn)向計算機編程。20世紀(jì)60年代初，韋斯特進行了一項天文研究，證明了冥王星相對于海王星的運行規(guī)律，即冥王星每繞兩個軌道運行一次，海王星就繞三個軌道運行，這一現(xiàn)象被稱為“軌道共振”。明尼蘇達州天文學(xué)會主席大衛(wèi)·福克納解釋說：“冥王星的軌道非常古怪，或者說是橢圓形的，因此冥王星每運行248年，會有20年左右在海王星的軌道內(nèi)運行。雖然這兩個軌道實際上并不相交，但兩顆行星如此接近可能導(dǎo)致它們之間產(chǎn)生相互的引力影響，并導(dǎo)致它們改變軌道。然而，由于海王星和冥王星的共振比為2:3，所以它們的距離永遠(yuǎn)不會超過17 AU（天文單位約為9300萬英里）。因此，這種2:3的共振非常穩(wěn)定，已經(jīng)持續(xù)了數(shù)百萬年。此后，她加入了“海洋衛(wèi)星”雷達測量項目，擔(dān)任項目經(jīng)理。

起初，想要精確地測量地球表面的距離簡直不可能

在“海洋衛(wèi)星”（Seasat）項目之前，想要精確測量地球表面或地球與飛機等物體之間的距離幾乎是不可能的。因為地球并非是一個完美的球體，這使得計算這些距離具有挑戰(zhàn)性。海洋在測量不規(guī)則的行星形狀方面起了很大的作用，因此了解海平面的變化為模擬行星形狀邁出了重要的一步?！昂Ｑ笮l(wèi)星”是第一顆能夠用雷達遠(yuǎn)程探測海洋的衛(wèi)星，它可以測量衛(wèi)星與地球海洋表面之間的距離。多年來，韋斯特利用“海洋衛(wèi)星”和其他衛(wèi)星提供的信息，構(gòu)建了一個非常詳細(xì)且精確反映地球?qū)嶋H形狀的數(shù)學(xué)模型，稱為“大地水準(zhǔn)面”。這個計算模型是現(xiàn)代GPS的基礎(chǔ)，因為GPS技術(shù)需要采用數(shù)學(xué)模型來確定接收機的位置。

“軍事史上的隱藏人物”

在達爾格倫呆了42年后，韋斯特于1998年退休，盡管退休后5個月得了中風(fēng)，但她并沒有放慢腳步。她與丈夫一起在當(dāng)?shù)鼗浇糖嗄陼╕MCA）上課，努力重建自己的力量，恢復(fù)失去的活力。因為她有一個心愿，她要完成在公共管理領(lǐng)域的遠(yuǎn)程博士課程。最終，她于2018年從弗吉尼亞理工學(xué)院（Virginia Tech）獲得了博士學(xué)位。

有段時間，西方在GPS科技發(fā)展中的研究未受重視

盡管她在軍隊的長期職業(yè)生成取得了不少成就，但她為全球定位系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展做出的貢獻并沒有得到重視。直到紀(jì)念A(yù)KA聯(lián)誼會成員的活動中，她提交了一份簡短傳記，在傳記中簡述了她是如何成為開發(fā)全球定位系統(tǒng)的團隊的一員。這引起了一位姐妹會成員的注意，決心幫助韋斯特分享她的故事。2018年初，美聯(lián)社報道了韋斯特的故事，隨后空軍航天司令部也發(fā)布新聞稿，正式將她視為軍事史上的“隱形人物”。2018年2月，韋斯特獲得弗吉尼亞州參議院的表彰。同年12月6日，在五角大樓舉行的儀式上，她入選空軍太空與導(dǎo)彈先驅(qū)名人堂。

至今，作為一名數(shù)學(xué)家，韋斯特更喜歡用紙質(zhì)地圖和手寫計算開展研究，而不是用她幫助發(fā)明的GPS技術(shù)。

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文章來源：massive science