Как работает GPS: спутники, время и теория относительности

Как работает GPS: спутники, время и теория относительности

GPS (Глобальная система позиционирования) использует созвездие из 24+ спутников, вращающихся на высоте 20 200 км. Ваш телефон или навигатор получает сигналы как минимум от четырёх спутников и вычисляет своё положение по времени прохождения сигнала.

Звук распространяется медленно, но радиосигнал — со скоростью света (300 000 км/с). Даже микросекундная ошибка во времени даёт погрешность в сотни метров. Поэтому на каждом спутнике установлены атомные часы с точностью до наносекунды.

Но есть нюанс: согласно теории относительности Эйнштейна,

  • Специальная теория: из-за высокой скорости спутников их часы идут медленнее на 7 микросекунд в день,
  • Общая теория: из-за слабой гравитации на орбите — быстрее на 45 микросекунд в день.

Итого: без поправки на относительность GPS уходил бы в ошибку на 10 км в день! Инженеры заранее «замедляют» часы на спутниках — и система работает с точностью до 3–5 метров (а с усилением — до 30 см).

Таким образом, каждый раз, когда вы пользуетесь картами, вы применяете одну из самых точных технологий, основанную на гениальных идеях XX века.

Читайте также