视频:如何计算出马航飞机坠毁:归功多普勒效应

2014-03-25 13:44  阅读 646 次 评论 0 条

昨天,马来西亚总理告知MH370航班的家属,他们的亲人已经没有生还可能,因为飞机已经可以确认在南印度洋坠毁。但为这一结论提供关键线索的英国Inmarsat公司究竟是如何做到这种判断的?

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专家将此次Inmarsat公司进行的计算称之为“史无前例”的,是此前从未进行过的尝试。简单的说,此前根据卫星信号数据,已经可以大致知道马航的这架飞机可能沿着南北两个大的方向飞行。但究竟飞往哪个方向还无法确定。如果向北,则会经过陆地。而如果向南,那里则是一片汪洋。而此次这架英国卫星公司所取得的重大突破,就在于判断出飞机是往南飞了,从而排除了向北飞行的可能性。

能够这样做的基本原理其实很简单,那就是利用“多普勒效应”。

多普勒效应的定义是指波源和观察者有相对运动时,观察者接受到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象。简单的说就是由于波源相对观察者的运动,导致其波长频率被压缩或拉伸的现象。这种波可以是光波,也可以是声波。光波的多普勒效应被广泛应用于天文学研究领域——当天体远离我们,它发出的光波会被拉伸,波长向红端偏移,称之为“红移”,它甚至曾经帮助哈勃发现宇宙膨胀的现象;反之,如果天体向着我们的观察方向靠近,它们会显示蓝移现象。

相似的,声波也会有这样的现象。或许很多人有过这样的体验:当你站在马路边看到一辆救护车从面前疾驰而过,在它接近阶段和远离阶段它的警笛发出的声音听起来是有差异的。这就是声波由于接近和远离你(观察者)时而引起的波长压缩和拉伸(多普勒效应)。

具体到马航事件,这架飞机上的某些设备会定期向Inmarsat的卫星发送请求连接的Ping信号,专家称之为“握手”。但由于马航没有购买相关卫星服务,因此这种请求会被卫星拒绝。但尽管由于两者间没有建立连接,因此没有办法收集当时飞机的状态信息,但此次Inmarsat的工程师们尝试了一种新的手段——他们对每一次Ping信号中隐含的多普勒效应进行了分析,这样做就能判断这个信号是被压缩了还是拉伸了。

由于卫星定点于地球上空,而马航的飞机当时正处于飞行状态,因此严格来说马航的这架飞机与卫星之间存在相对运动,距离也在不断发生变化。因此通过以纳秒(十亿分之一秒)级别的精度计算飞机与64.5度纬线(卫星定点于此纬度线上空)之间的相对运动,就能判断飞机的大致飞行位置。专家们分析了每一次Ping信号的方向信息,并且在此过程中得到了航天界专家以及美国波音公司的技术协助。

另外,利用三角测量法,工程师们还将有望能进一步完善他们的计算结果,测算出飞机的可能坠毁位置,因为他们有可能计算出飞机发送信号时的飞行角度。

历史上的今天:

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