GPS為車船導航,愛因斯坦為GPS導航

物理 GPS技術 愛因斯坦 相對論 北辰天文 2017-06-01

不論你是在大海中航行還是在沙漠中行進,也不論你在天空中飛翔還是在城市中開車,GPS都可以為你導航,告訴你在什麼地方?GPS是美國發射的全球衛星導航系統,它的信號是不要錢的,只要帶著GPS接收機。就可以得到GPS信號,告訴你所處的方位。因此,人們要感謝GPS帶來的導航。

GPS為車船導航,愛因斯坦為GPS導航

那麼GPS是怎麼產生出來的呢?這全都該歸功於愛因斯坦,歸功於愛因斯坦的相對論,是愛因斯坦的相對論,為GPS的建造指引了方向。相對論對GPS最重要的指點,是時間變快和時間變慢這兩個問題。

宇航員遠航歸來,迎接他的兒子已經白髮蒼蒼,可他卻依然風采依舊,這個故事很多人都聽說過,他告訴我們,在宇宙航行中,時間會變慢。人造衛星搭載著氫原子鐘在天上飛,衛星上的時間也會變慢。

但是,另一個因素卻讓衛星上的時間變快,那就是引力。地面上的每一個物體,都要受到地球引力的吸引,如果衛星飛到高空,也同樣受到引力的牽引,但是它的引力變小,引力減小會導致時間變快。

高速飛行讓時間變慢,在地球上空又讓時間變快,這兩個因素需要綜合考慮,也只有考慮了這兩個因素之後,才能得到衛星上真正正確的時間。

在美國加州航空股份公司,設有一個光電科技處,負責原子鐘的調試。他們採用兩臺計算機,分別與兩臺銫原子鐘相連,其中的一臺模擬空間環境,另一臺處於正常地面環境中,得到最精確的時間。每隔1.5秒,就會讓地面的原子鐘與所有的衛星原子鐘做一次校對。以此讓衛星上的時間與地面上的時間保持一致。

GPS為車船導航,愛因斯坦為GPS導航

如果沒有這種一致性,地面與太空中的時間就存在著誤差,導航衛星告訴你的位置跟實際位置將會相差11公里,這也僅僅是一天的誤差產生的,長久下去,誤差越來越大,導航衛星告訴你的不僅遠遠偏離了真實的位置,它告訴你的位置甚至可能是在天上,也可能是在地底下。

使用GPS導航的人們開著汽車,上面的語音提醒裝置就會不斷地報告說,前面有什麼路口,距離有多遠,過了路口往哪拐。對司機來說十分方便,即使是沒有司機,汽車也能自動駕駛,帶著你走到目的地。

司機們不需要感謝免費的GPS信號,也不需要感謝運營GPS的美國加州航空股份有限公司,而需要感謝的是愛因斯坦,是愛因斯坦的相對論,為導航衛星的研製導航。

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