Kako funkcionira GPS?
Global Positioning System (GPS) je sustav od 24 satelita, od kojih svaki nosi atomski sat. Oni su raspoređeni oko Zemlje tako da sa svake točke (gotovo) uvijek najmanje četiri satelita leže iznad horizonta. Svaki satelit redovito šalje signale koji kodiraju njegov položaj i vrijeme koje je izmjerio. Usporedbom signala s više satelita na jednoj točki na Zemlji može se vrlo precizno odrediti pozicija, najčešće s točnošću od pet do deset centimetara!
Razvoj
Taj je sustav razvijen najprije za vojne svrhe i još uvijek njime upravlja Ministarstvo obrane SAD-a. Najprije su signali specijalnim uređajem modificirani za javnu primjenu omogućujući preciznost od oko samo stotinu metara. S vremenom su se razvijale sve unosnije aplikacije, tako da je modifikacija signala isključena u svibnju 2000. uredbom ureda predsjednika Clintona.
Opća teorija relativnosti i GPS
Kada bismo ignorirali teoriju relativnosti pri mjerenju vremena, kao rezultat bismo dobili pogrešne pozicije koje su neupotrebljive. Već nakon 2 minute došlo bi do zamjetnih pomaka u izmjerenim pozicijama, a kada bismo čekali cijeli dan, podaci bi bili do deset kilometara udaljeni od ispravnih vrijednosti.
Uloga opće teorije relativnosti je u tom sustavu dakle od enormne važnosti, međutim ona je vrlo komplicirana i dugo nije u potpunosti shvaćena. Prvi sateliti tog sustava lansirani su 1978., pa ipak, 1979., 1985. i, konačno, 1995. – godina službenog puštanja u pogon – održane su konferencije samo kako bi se razumjela uloga opće teorije relativnosti u GPS-u. Unatoč tome, 1996. tehničko je izvješće upućivalo na greške. Primjeri poteškoća su uloga sinkronizacije i usporedbe satelitskih satova, ili mogući utjecaj gravitacijskog polja Sunca (!), koji se na strani Zemlje bližoj Suncu malo razlikuje od utjecaja na strani udaljenijoj od Sunca.
To se ipak ispostavilo kao nevažno za današnju točnost satova. (Koji su međutim vrlo točni: radi se o rubidijevim atomskim satovima, čija se vremena nakon deset dana međusobno razlikuju samo za pola nanosekunde, dakle za dvije milijarditi dio jedne sekunde.) Varirajuće gravitacijsko polje Zemlje i posebice odstupanja od oblika kugle u vidu spljoštenosti rotirajuće Zemlje su međutim izrazito važni za točnost. I ovdje se možemo upitati prevladavaju li efekti specijalne, ili opće teorije relativnosti. Na visini GPS-satelita od oko 27.500 kilometara to su jednoznačno efekti opće teorije relativnosti. To će biti slučaj i s projektom GALILEO, koji planira ESA, čiji su sateliti predviđeni za visinu od 30.000 kilometara.
Primjena sustava
Primjene GPS-a sve su brojnije, primjerice u funkciji mobitela koja je posebno popularna u islamskim zemljama, a koja svagdje pokazuje točan smjer prema Mekki. Vojne su primjene u međuvremenu uvjerljivo u manjini, a prevladavaju funkcije u izviđanju Zemlje kao primjerice izlaganje
lakih GPS-prijamnika u tropskim olujama, kako bi se izmjerili njihova temperatura i njihov tlak kada nisu na tlu. I pomaci Zemljine kore zbog tektonskih ploča mogu se točno slijediti, i jednog dana možda iskoristiti za predviđanje potresa. Čak i ponašanje zgrada ili mostova pod različitim opterećenjima može se zabilježiti pri enormnoj točnosti GPS-a. U poljoprivredi se GPS djelomično rabi za precizno doziranje gnojiva i pesticida, koje ovisi o mjestu, a arheolozi se njime koriste za pronalaženje lokacija i izradu zemljovida. GPS je važan i za istraživanje same opće teorije relativnosti, jer služi za definiranje svjetskoga vremenskog standarda, koji se primjerice rabi pri preciznom određivanju putanje dvostrukog pulsara koji su pronašli Hulse i Taylor.
Dodatno čitanje:
Martin Bojowald, Što je bilo prije velikog praska? , Fraktura, 2011.
