Die Ortung eines GPS-Empfängers wäre heute nicht möglich, wüssten wir nicht über die Relativität von Zeit Bescheid. Die Präzision des GPS-Ortungssystems hängt nämlich direkt mit Albert Einsteins Relativitätstheorie zusammen. Wieso? Das erklären wir kurz.
Die GPS-Satelliten umkreisen unsere Erde in ungefähr 20.000 Kilometern Höhe. Zur Positionsbestimmung werden die Laufzeiten mehrerer GPS-Signale zur Erde auf Tausendstelsekunden gemessen und verglichen. Um allerdings die Laufzeiten messen zu können, müssen sämtliche Uhren gleich getaktet sein. Genau da fängt das Problem an: die spezielle Relativitätstheorie besagt nämlich, dass die Zeit langsamer vergeht, umso schneller man sich bewegt. GPS-Satelliten bewegen sich mit 14.000 Kilometern pro Stunde, somit laufen auf Ihnen die Uhren schneller.
Allerdings beträgt die Schwerkraft auf dieser Höhe auch nur ein Viertel der Schwerkraft auf der Erde was wiederum laut der allgemeinen Relativitätstheorie bedeutet, dass die Uhren ein bisschen schneller gehen. Dennoch heben sich diese zwei Faktoren nicht vollständig auf, wodurch die Uhren im All immer noch 38 Millionstel Sekunden pro Tag schneller laufen als die auf der Erde.
Würde man diesen Effekt bei der Taktung nicht berücksichtigen, würde sich die vom Navigationsgerät berechnete Position täglich um etwa elf Kilometer verschieben. Die Navigationsgeräte wären somit völlig unbrauchbar.
Die Lösung ist dabei denkbar einfach: um das Problem zu beseitigen, wird bei der Taktung der GPS-Satelliten einfach ein fehlerhafter Wert einkalkuliert. Das Resultat ist ein funktionierendes GPS-Navigationssystem!
Wer mehr zu diesem Thema erfahren möchte, findet weiterführende Lektüre unter anderem hier: Welt der Physik / Navigieren mit Satellit: GPS
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