GPS · 每天都在修正相对论
⏳ 时间之谜
稀有
第 15 / 16 张
GPS 卫星高速运动且处在较弱的引力场中,按相对论,卫星上的钟每天会比地面快约 38 微秒。系统必须持续校正这个差值,否则定位误差会以每天十几公里的速度累积。
一个问题
GPS 为什么必须做相对论校正?
- 为了省电
- 防止信号被干扰
- 因为卫星在旋转
- 卫星与地面的时间流速不同✓ 正确答案
为什么是这个答案
这是相对论最日常的应用:你手机上的每一个定位点,背后都有它在工作。
再多讲一点
GPS 卫星在约 2 万公里高度运行,速度约 3.9 公里/秒。狭义相对论说运动的钟会变慢(约每天 -7 微秒),广义相对论说引力弱的地方钟会变快(约每天 +45 微秒),两者相抵后卫星钟每天比地面快约 38 微秒。系统在设计时就把卫星钟的频率预先调低,使它在轨时与地面同步。
- 如果不做校正,误差每天累积约 38 微秒,乘以光速后对应的定位偏差约为每天 11 公里。
- 这个数值是可测的工程事实,也是相对论最日常、最大规模的应用案例。
- 中国北斗系统同样必须处理这个问题,机理完全一致,只是具体的轨道高度与相对论修正值不同。
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