Атомные часы — прибор, которого у нас дома нет. Но мы пользуемся ими каждый день. Они обеспечивают работу GPS, ГЛОНАСС и любой другой навигации.
Как телефон определяет ваше местоположение
Навигационный спутник передаёт точное время отправки сигнала на телефон.
Телефон принимает сигнал. Сравнивает время отправки и время получения. Вычисляет разницу во времени. Получаем расстояние до спутника:
разница во времени × скорость света = расстояние до спутника
По одному спутнику определяем только расстояние. Это сфера в пространстве.
По второму спутнику получаем вторую сферу. Их пересечение образует окружность.
По третьему спутнику добавляем ещё одну сферу. Теперь есть две возможные точки. Одна из них почти всегда лежит «в космосе». Поэтому вторая — ваша реальная позиция на Земле.
Но часы в телефоне — кварцевые. Они далеко не такие точные, как атомные.
Даже маленькая ошибка во времени создаёт десятки и сотни метров ошибки в положении. Поэтому система подключает четвёртый спутник. Он нужен не для координат, а для коррекции времени в телефоне.
На орбите время течёт иначе, чем на Земле
Спутник высоко, гравитация слабее — часы там «спешат» на десятки микросекунд в сутки.
Если не учитывать эту разницу, ошибка координат взлетит до 300–500 метров уже через день. Поэтому навигационные системы постоянно вносят поправки. Они основаны на общей теории относительности.
Навигатор работает правильно только потому, что инженеры учитывают эффект замедления времени каждый день.
Если коротко
Когда открываете карту или вызываете такси, происходит цепочка:
- Спутники передают время атомных часов
- Телефон измеряет задержку сигнала
- Четвертый спутника помогают исправить его внутренние часы
- Алгоритм вычисляет точку на Земле
- Карта показывает вам привычную синюю стрелку на навигаторе
Когда навигатор покажет поворот в нужный двор, вспомните: это благодаря атомным часам на орбите, скорости света и теории относительности.
Об авторах:
- Сергей Суганеев — физик, отобрал и проверил материал статьи.
- Владимир Кивгазов — редактор, адаптировал для широкой аудитории.