一个作为一名物理学作家，我一直在为理解爱因斯坦的广义相对论寻找新的隐喻，在写我的上一本书时，幽灵般的远距离行动在美国，我想我可以把时空的扭曲比作地球构造板块的运动。爱因斯坦将引力解释为时空的弯曲。一个被击中的棒球会沿着地球质量所塑造的时空轮廓，在空中呈弧线飞向外野手的手套。时空的可变性也意味着宇宙中没有任何东西具有固定的位置，因为定义位置的框架是流体的。地球表面也是如此。地面上的任何东西都没有固定的坐标，因为地形在不断变化。
但后来我突然想到:如果没有固定的坐标，那么谷歌Maps、汽车导航系统和所有其他地图服务是如何把你带到你要去的地方的?想必他们必须不断更新地点的坐标，但如何更新呢? 我想我可以很快找到答案，然后回到爱因斯坦的身边，然而在这个问题上的搜索结果却非常少。所以，就像我生活中经常发生的那样，我以为只需要30秒就能完成的事情，最终却耗费了我好几天。我发现了一个相当大的基础设施，地理学家、地质学家和测地学家致力于确保地图的准确性。但他们总是落后于不安分的风景一步。地质活动可能会在屏幕上的地图上造成重大错误。
我与美国地质调查局(United States Geological Survey)的肯·哈德纳特(Ken Hudnut)交谈过。哈德纳特是一位地震研究人员，他建立了最早的GPS网络之一，用来追踪板块运动。他说:“假设你正站在一个十字路口的中央，手里拿着GPS接收器，你就能得到你所在位置的坐标。”“当你看到谷歌Earth时，你的位置不是在十字路口的正中央，而是偏离了一定程度。”这些错误是由几个因素造成的。消费者GPS设备的位置不确定性为几米或更多(在谷歌地图中用一个圆表示)。不太为人所知的是，地图和卫星图像通常有相当程度的错位。哈德纳特说:“部分原因是GPS硬件限制了精确度，部分原因可能是地理参考的质量。
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这是2008年的一项有趣的研究1研究了31个发达国家城市的谷歌地球图像，发现位置误差在1到50米之间。自己做实验并不难。上面的图片显示了我在谷歌地图上的位置，当我站在我的后甲板上时，误差约为10米，远远大于规定的误差圆。当我去谷歌Earth比较不同日期拍摄的照片时，我发现我的房子跳了20米。
如果你留心的话，你醒来时就会发现你的房子已经不在同一纬度和经度了。
在大的计划的事情，这不是很多，但确实使你警惕高变焦级别。哈德纳特说，他在野外工作中经常看到地图上的错误。随着技术的进步，我们所有人都将进步。“这一天很快就会到来，人们会期待他们的手持设备能实时实现厘米的精度，然后我们会看到很多东西不再对齐，让人挠头，”位于马里兰州银泉市的国家大地测量局的Dru Smith说，他是国家文职首席大地测量师，是研究地球精确形状和大小的关键人物。
在大多数情况下，偏差并不代表真正的地质变化，而是因为在纬度和经度网格上放一张航空或轨道图像很棘手。图像必须与地面上建立的参考点对齐。为此，NGS维持着一个固定的GPS站网络，在过去的两个世纪里，在土地上散布着测量标记——通常是安装在裸露的基岩、混凝土墩和其他固定结构上的金属圆盘。下面这张照片是我家附近的一个。但对地图进行实地调查的过程从来都不完美。此外，测量标记的坐标可能不精确或完全错误。
国家地理信息系统和其他机构只是很少重新检查调查标记，所以一个爱好者社区——地理信息缓存者——这样做是多么幸运啊。史密斯说:“我们没有钱做的许多事情之一就是派人去确保那些分数还在那里。”“通过这种外出寻找这些标记的新娱乐活动，地理定位者发送了大量报告。这对我们来说是很有帮助的。”
由于经纬度网格(或称“基准面”)并非天赐，而是与行星形状的模型联系在一起，错误也会潜移假化。这就是板块构造的作用所在。令人困惑的是，美国使用了两种不同的数据。大多数地图是基于NGS开发的NAD 83。地图和GPS依赖于WGS 84，由一个并行的军事机构维护，它有一个相当大的预算。民用的最适合在北美进行测量;军用的牺牲了国内的精准度来覆盖全球。
当NGS引入NAD 83，取代1927年的旧基准时，这是儒略向公历转变的地理版本。如果你注意的话，你会在1988年12月6日醒来，发现你的房子已经不在同一纬度和经度了。这一位移高达100米，反映了地球形状的更精确模型。旧基准面的痕迹仍在残留。你仍然可以看到基于NAD 27的地图。此外，当美国海军在20世纪60年代开发出第一个卫星导航系统时，工程师们通过推断旧的北美基准来设定零经度的位置。直到后来，他们才发现自己画的子午线，位于格林威治皇家天文台历史上著名的本初子午线以东100米左右。
《寻找生命的确凿证据
亚特兰提斯号科考船上已经接近午夜了。这艘船是在哥斯达黎加以西大约1000英里处航行的，在东太平洋的热液喷口附近盘旋。罗格斯大学的微生物学家科斯坦蒂诺·维特里亚尼阅读更多
NGS和它的军事对手一起工作，以校准各自的基准，但从那时起，两个系统的漂移，造成地图和GPS坐标之间的不匹配。板块构造是原因之一。WGS 84是一项不局限于单一牌照的全球标准。本质上，它是固定在地球内部深处的。试图从任何一个特定板块的运动中分离出经纬度的测地学家假设，构造板块就像连锁的齿轮——一个板块运动，所有板块都运动——如果你把所有板块的转速加起来，它们的总和应该是零。不把坐标固定在一个板块上的结果是，测量的位置和建立在这些位置上的地图会随着时间而变化。
相比之下，NAD 83就像放在甲板上的渔网一样坐在北美的盘子上。随着板块移动，基准面也在移动。世界其他地区也有自己的地方基准。这样，司机就能找到路，测量员就能在不考虑大规模构造运动和极地运动的情况下画出他们的地界。史密斯解释说:“大多数测量员和地图绘制者会很高兴生活在一个板块不移动的世界里。”“我们无法修复这个问题，但我们可以修复数据，这样主要用户就不会感受到影响。一般来说，堪萨斯州今年某个纬度和经度的一个点，在10年前或10年后，也拥有同样的纬度和经度。我们试图让这个星球失去活力。”
为了加深数据的差异，NAD 83还没有被修改，以解释对地球形状和大小的认识的改进。史密斯说:“我们目前正在使用一个非常自洽和内部非常精确的系统，但是我们知道，例如，NAD 83的(0,0,0)坐标，应该是地球的中心，偏离了大约两米。”让测量员满意的权衡是，北美的纬度和经度网格与世界其他地方越来越不同步(如下图所示，在这个图中，你可以看到北美板块是如何围绕Yucatán中的一个点旋转的)。NGS计划在2022年进行更新，这将使非洲大陆上的点移动一米或更多。
“世界的其余部分”包括南加州，它横跨北美和太平洋板块。相对于北美其他地区，太平洋板块每年向西北方向移动几英寸。板块边界不明显，因此实际的移动量以复杂的方式变化。位于拉霍亚的加州空间参考中心(California Spatial Reference Center)拥有一个跟踪站网络，并定期更新该州参考点的坐标。该中心主任耶胡达·博克(Yehuda Bock)说:“调查员们用它把自己绑在NAD 83上。”上一次更新是在2018年。
和史密斯一样，博克说，更频繁的更新实际上会使问题复杂化:“测量师不喜欢坐标变化，所以这是一种妥协。”对于局部的线条绘制来说，这没什么关系，但像加州高速铁路系统这样的大型项目必须跟上地壳运动。
在地震期间，事情显然会变得更加有趣。哈德纳特说:“地震的作用相当于一把剪刀，如果你沿着断层线对角线切割地图，然后将地图的一边相对另一边滑动。”例如，在谷歌Earth中，到棕榈泉以北，靠近1992年兰德斯地震震中的坐标:34.189838度，-116.433842度。调出历史图像，比较1989年7月和1994年5月的图像，你会看到沿着断层的横向移动，从画面的左上到右下。穿过断层的香港仔道的路线明显改变。地震使断层附近的土地位移了几米。
GPS网络甚至可以实时观测地震。加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的Ronni Grapenthin根据日本地理空间信息管理局(Japanese Geospatial Information Authority)的数据制作了一段关于2011年东北地震的引人注目的视频，视频显示，地震地点附近的海岸线水平移动了4米。视频还显示了波及日本(乃至全世界)的海浪。
构造活动的调整需要时间来过滤到地图上。我采访了Kari Craun，她是位于圣路易斯附近的美国地质勘探局国家地理空间技术操作中心的主任，负责制作户外爱好者喜爱的美国地质勘探局地形图。她说地图每三年更新一次(由于预算削减，即使这样的速度也很难维持)。在这期间，制图者认为，测绘和GPS设备的不精确性掩盖了误差。未来的地图可能会以接近实时的速度更新。克劳恩说:“我们现在有了GPS技术，可以更频繁地进行微小的调整。”
作为一个依靠谷歌地图出行的人，我很期待。但浪漫的我更喜欢看过时的地图。他们从未让我们忘记地球的活力。
乔治·马瑟是一位获奖的科学作家，著有幽灵般的远距离行动和《弦理论白痴指南》。关注他@gmusser
参考文献
1.Potere, D.谷歌地球高分辨率图像档案的水平位置精度。传感器8, 7973 - 7981(2008)。
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