Ingyenes szállítás ma éjfélig! Ne hagyd ki, mert idén tavasszal nem lesz több ilyen!
A GPS pozícionálás egyik legalapvetőbb szükséglete a szinte tökéletes időmérés a műholdakon, amihez bizony a világ legpontosabb óráti, atomórákat használnak. De hogyan is működik egy atomóra, és hogyan fogod ebből megtudni a helyzetedet?
Ahhoz, hogy érthetővé váljon, miért is fontos a pontos idő a GPS pozícionáláshoz, először egy picit bele kell mennünk magának a GPS-nek a működésébe. Minden GPS-műhold folyamatosan rádiójelet sugároz. Ebben a jelben két dolog van: a műhold pontos ideje, és a műhold pillanatnyi pályaadata. Amikor a jel elindul a műholdról, kap egy időbélyeget: "ennyi az idő most".
A vevő (telefon, GPS nyomkövető, traktor, drón, vagy bármi) megméri, mennyi idő múlva érkezik meg ez a jel hozzá. Mivel a rádióhullám fénysebességgel terjed, a képlet egyszerű: megtett út = idő × fénysebesség. Ha tudjuk, mennyi ideig utazott a jel, akkor tudjuk, milyen messze van a műhold. Ehhez persze azt sem árt tudnunk, mennyi a pontos idő, amikor megérkezik hozzánk a jel.
És itt jön képbe a legnagyobb trükk: noha a térbeli helyzetünk kiszámításához elég lenne ismernünk 3 műhold pontos helyzetét, és a tőlük vett távolságunkat, a zsebünkben általában nem lapul atomóra, így nem tudjuk annyira pontosan az időt, mint kellene. Földi halandók eszközeiben jellemzően egy kvarcóra van, ám könnyen belátható, hogy az nem elég pontos.
Ha ugyanis csak egy nanomásodperccel eltévesztjük az időt, máris 30 centimétert tévedtünk (hiszen ezalatt ennyit ment odébb a rádiójel). Szerencsére leleményes mérnökök kitalálták, hogy egy negyedik műhold bevonásával hogyan lehet a pontos időt is előcsalogatni a rendszerből. Tehát míg 3 műholdat a pozíció beméréséhez használunk, addig a negyediket az időadathoz. Ezért van, hogy a GPS akkor működik csak, ha minimum 4 műhold jelét fogja.
Most, hogy érted, miért van szükség a műholdakon rendkívül pontos órákra, nézzük meg, hogy ezek milyen órák. Igen, jól olvasod: egy GPS-műholdon általában több óra is van tartaléknak. Ezek általában cézium vagy rubídium atomórák. Míg a kezeden levő kvarcóra 15-20 másodpercet tévedhet egy hónapban, addig ezeknek a rendkívül pontos óráknak 100 ezer, vagy akár 1 millió év is kellhet ahhoz, hogy mindössze 1 másodpercet tévedjenek. Azért ez nem semmi, ugye? Mégis hogyan lehetnek ilyen pontosak?
Az atomórák nem fogaskerekekkel mérik az időt, hanem atomátmenetek frekvenciájával. Vegyük például a cézium-133 atomórát, már csak azért is, mert a mai másodperc definíciónk erre alapszik. A cézium atomnak van két olyan energiaszintje, melyek közt az átmenethez tartozó frekvencia: 9.192.631.770 Hz. Azaz pont egy ekkora frekvenciájú mikrohullámmal lehet elérni, hogy a cézium egyik állapotból a másikba ugorjon.
Ezt úgy kell elképzelned, mint amikor a filmekben egy operaénekes magas hangon énekelve pont úgy rezegtetni meg az üvegablakot, hogy az betörik. Nagyjából ez történik itt is, annyi különbséggel, hogy a cézium nem törik össze, csak egyik kvantumállapotból a másikba ugrik.
Amikor ez megtörténik, tudjuk, hogy elértük a 9.192.631.770 Hz-es frekvenciát. Ez a mikrohullám egy másodperc alatt 9.192.631.770-szer rezdül. És már meg is van a pontos másodpercmérő eszközünk egy fizikai állandóhoz kötve, ami világűr bármely pontján pont ugyanúgy működik!
Einsten óta azonban tudjuk, hogy az atomórák a műholdakon nem ugyanúgy járnak, mint a Földön. Biztosan te is hallottad már az időparadoxont szemléltető ikerpéldát: egy ikerpár egyik tagja űrhajós lesz, és mire visszaér távoli útjáról, meglepődve tapasztalja, hogy testvére számára gyorsabban telt az idő, ezért ő már megöregedett. Ennek részletes magyarázata nélkül most csak gondolj bele, hogy ez milyen hatással lehet az atomórákra.
A speciális relativitáselmélet miatt, azaz a nagy sebesség hatására lassul az óra, míg az általános relativitáselmélet, azaz a gyengébb gravitációs mező hatására gyorsul az óra. Ezek nettó eredője pozitív, naponta kb. +38 mikromásodperc eltérést okoz. Ha ezt nem korrigálnánk, akkor az naponta 10-11km mérési hibát okozna a GPS rendszerben, ami pillanatok alatt használhatatlanná válna. Ezért a relativisztikus korrekció be van építve a GPS hálózatba.
Ha idáig tudtad követni a gondolatmenetet, akkor bizonyára már benned is megfogalmazódott a cikk legfontosabb mondanivalója, mégpedig az, hogy a GPS valójában egy globális, atomórákra épülő időszolgáltatás, amelyből mellékesen nagyon pontos helyadatot is tudunk számolni. Ezért használják ezt a műholdrendszert nem csak navigációra, hanem még sokminden másra is:
A GPS a műholdalon levő nagyon pontos atomórákkal az időt méri, a helyadatot pedig ebből számítja. Ha az idő pontatlan, a helyadat is az lesz. Az atomórák az atomfizika állandóira épülnek, így mindenhol ugyanúgy "ketyegnek". És persze az egészben ott van Einstein hagyatéka, hiszen a relativitás elméletek nélkül az egész rendszer nem működne. Szóval akár hiszed, akár nem, a mindennapi navigáció mögött kvantumfizika és relativitáselmélet dolgozik.
Ha pedig az atomóránál egy fokkal egyszerűbb eszközt keresel, akkor kattints ide, és nézd meg a Vadalarm Tracker GPS nyomkövetőket!
A Vadalarm Tracker egy GPS alapú okos nyomkövető, amely 15 napon keresztül közvetíti pozícióját egyetlen töltéssel. Vízálló burkolatának köszönhetően elhelyezhető gyakorlatilag bárhová. Kövesd vele nyomon értéktárgyaidat, munkagépeidet vagy járműveidet.
Válaszolj 8 kérdésre és máris összeállítjuk személyreszabott villanypásztor rendszeredet!
Nézd meg a térképen, hogy ki használ Vadalarm terméket vagy termékeket. Európa szerte népszerűek a termékeink. Nálunk a minőségre épül a közösség! Tartozz te is a minőséget kedvelő felhasználók körébe, válaszd a Vadalarm márkát!
