GPS и Теория и Относительности

На модерации Отложенный

Последнее время мне все время попадаются утверждения, что в GPS не учитывается Теория Относительности:

“А, скажем, «истинная» скорость бортовых часов GPS – это орбитальная скорость спутника, которая, при круговой орбите, постоянна. Считается, что поведение бортовых часов GPS – триумфально подтверждает теорию относительности. Громче всех об этом кричат те, кто меньше всех знают, как GPS работает. А те, кто знают – те помалкивают. Возьмите один из лучших учебников по GPS [Т2] – в нём приведены немыслимые подробности. Но, так сказать, о главном – о том, как в GPS учитываются эффекты теории относительности – в нём нет ни слова. “ ( http://newfiz.info/mis-esse.htm )

Или здесь, один из здешних (МП) критиков Теории Относительности Александр Мастеров написал:

“В системах навигации не используют формулы Эйнштейна. В техническом задании, когда писали ПО для GPS спутников, требование вносить поправки согласно формулам Эйнштейна действительно были. Такие процедуры были реализованы программистами, но потом эти процедуры были закомментированы, поскольку часы не подчинялись формулам Эйнштейна. (Некоторые из часов спешили, а другие - опаздывали, и там нет никакой регулярности, тем более там не просматривается релятивизм Эйнштейна.)”

Как же на самом деле учитывается Теория Относительности в GPS и откуда взялись утверждения, что в GPS Теория относительности не учитывается. Прежде всего, что такое GPS? Фактически это летающие на орбите очень точные (атомные) часы, которые передают все время свои координаты и сигналы точного времени. GPS приемники (которые есть в телефоне или автомобильном навигаторе) это приемник, который принимает сигнал от нескольких спутников и вычисляющий на основе этих данных координаты.

Для точного определения координад нужен сигнал от как минимум четырех спутников.

Все спутники летают по круговым орбитам с периодом обращения примерно 13 часов. То что они летают по круговой орбите сильно упрощает жизнь: скорость спутников и напряженность гравитационного поля на орбите не меняется. Поэтому релятивиские поправки вычилсяются довольно просто (они были вычислены в1955 году еще до запуска первого Спутника, когда идея запуска часов в космос для проверки Теории относительности была впервые высказана Фицджеральдом Виттенбергом). Одна поправка релятивиское замедление времени (определяется Специальной Теорией Относительности), которая при скорости 4 км/сек (скорость GPS спутников на орбите) составляет 7.6 микросекуны/день. Другая поправка – ускорение времени из-за уменьшение напряженности гравитационного поля Земли на орбите – 45.9 микросекунд в день. В итоге часы на спутнике будут уходить вперед на 38 микросекунд в день.

Для того, что бы не усложнять жизнь программистам которыу пишут мат. обеспечение для GPS приемников, часы на спутниках замедлены на 38 микросекунд в день. Для этого стандартная частора 10.23 MHz в часах на борту спутников заменена на 10.22999999543 MHz. В результате сигналы точного времени на принимаемые со спутника оказываются правильными.

Поэтому никакой коррекции в GPS приемниках делать не нужно, все уже сделано на борту спутника. Это значит, что программисты, утверждающие, что они не учитывают Теорию Относительности при обработке сигнала, абсолютно правы и тем самым это является подтверждением правильности Теории Относительности.