gps

• thomas bührke'nin makalesini taze tercüme ettim, cünkü o kadar güzeldi ki.
  
  einstein'in görelilik teorisi olmasaydi hicbir aracta navi olamazdi..
  
  mart ayinda fransiz alplerindeki bir kayak merkezi olan la plagne’ye gitmeye calisan belcikali bir otobüs söförü yolu 1200 km uzatarak 24 saat gec hedefine ulastiginda sucu navigasyon cihazina atmayi cok istedi ama cihaz hic hatasiz isini görmüstü. yalnizca söförü pinerelerin eteklerindeki plagneye götürmüstü. söför hedefi verirken yapmisti hatayi. fizik esaslarina göre navigasyon cihazlarina tamamiyle güvenebiliriz. ama eger einsteinin o dahi fikri olmasaydi bu cihazlar bizi asla istedigimiz yere götüremezlerdi.
  
  cünkü özel ve genel görelilik teorisi olmadan navigasyon cihazlari çalışamazlar. cihazlarin calisabilmesi icin global konumlandırma sistemi gps gerekmekte. bu da 20.000 kilometre yükseklikte, dünya etrafindaki yörüngelerinde dönen 24 uydudan oluşan bir armadaya dayanmaktadır. uydular atomik saatlerle donatılmıştır, yörüngelerinin parametrelerini ve zaman sinyallerini sürekli olarak dünya'ya gönderirler.
  
  bir gps alıcısı aynı anda en az dört uydudan atom saati sinyallerini kaydeder ve transit sürelerini hesaplar. bundan da uyduların mesafesini belirler. yörüngeler bilinmektedir ve böylece alıcı uydulara göre kendi konumunu hesaplayabilir. bu prosedür, toprağı üçgenleme – triangulation- ile ölcüm yapan bir jeodezi mühendisinin kullandigi teknikle aynidir. dünya üzerindeki her yerde çalışır - ister amsterdam, eindhoven veya hovingham'a. yalnizca kutup bölgelerinde problem cikacaktir.
  
  bu nedenle, yer belirleme sisteminin temelini, dünyanin yörüngesindeki bir saat sistemi oluşturur. her zaman ilerleyen bir saat söz konusu olduğunda, 1905'te özel görelilik teorisi'ni yayınlayan albert einstein devreye girer. diğer şeylerin yanı sıra daha hızlı hareket eden bir sistemde, zamanin daha yavaş gectigini belirtir. ve hatta işık "zamansız" dır.
  
  yani uydu saatleri, yerçekimi etkisi altindadir. genel olarak, uydudaki saatler dünya yüzeyine kıyasla günde saniyede 39 milyonda bir daha hızlı çalışmaktadır. bu, günlük deneyimimiz için önemsiz olmakla birlikte, gps için çok önemlidir.
  
  einstein olmasaydi navigasyon cihazlari günde 11 kilometre hata vereceklerdi
  uydu sinyalleri ışık hızında yayıldığı için - yani saniyede 300.000 kilometre – uydudaki atom saatinin saniyede üç milyarda bir sapması, konum belirlemede bir metre yanlışlık yaratacaktir. bu kısa süre, sinyalin 1 metre ilerlemesine karsilik gelmektedir. eğer görelilik teorisinin etkilerini göz önüne almazsak, navi günde yaklaşık on bir kilometre yanlis konum belirleyecekti. bu hata günlük olarak katlanarak artacaktı.
  yani üc gün sonra arabadaki navigasyon cihazi köln’de mi düsseldorf’da mi bilemeyecekti. gps tasarımcıları bu zaman etkisini dikkate almaktadirlar. uydu saatlerini yeryüzünde, günde saniyenin 39 milyonda biri kadar yavaş akacak sekilde ayarlarlarlar. sonra 20.000 km yüksekte yörüngelerine oturduklarinda, dünya üzerindeki saatlerle senkronize olmus olurlar.
  
  düzeltmeler sayesinde santimetre mertebesinde dogruluk
  gps ile santimetre mertebesinde doğruluk elde etmek için baska göreceli etkiler de göz önünde bulundurulmalıdır. örneğin, uydular dünya etrafinda hizlarinin biraz degisebildigi hafif eliptik yörüngelerde hareket etmektedirler, bu hizlarinin sabit kalmayip az miktarda degismesine neden olur. bu da her ölcümde yeni bir düzeltme yapilmasini gerektirir.
  gps uyduları avrupa yörünge analizi merkezi başkanlığını yapan bern üniversitesi'nden adrian jäggi diyor ki: "bir cep telefonu anteni her uydudan gercek zamanli, yörüngesiyle ilgili konum mesaji almaktadir”
  
  hatta uzun yıllara dayanan deneyim, şu anda hala geliştirilmekte olan avrupa uydu navigasyon sistemi galileo'nun ilk iki uydusunun kullanılmasını bile mümkün kılmaktadır. soyuz roketinin üst kademesindeki bir arıza nedeniyle geçen yıl çok alcak ve oldukça eliptik bir yörüngeye düstüler. sonuç olarak, uydularin yercekimi farki yüksek olan bu yörüngede bulunmalarindan dolayi normalden daha fazla hız değişimi olustu. jäggi :"bu durumda sadece düzeltmeler normalden daha büyük" diyor.
  
  özel görelilik teorisi'nin düzeltmeleri matematiksel olarak basittir. bununla birlikte, genel görelilik teorisinin doğrusal olmayan yerçekimi denklemleri çok daha karmaşıktır ve çoğu durumda yalnızca yaklaşık olarak çözülebilir. bununla birlikte, newton'un klasik teorisinden büyük sapmalar, nötron yıldızlarının veya kara deliklerin çevresinde hüküm sürdüğü için, yalnızca çok güçlü yerçekiminde meydana gelir. öte yandan, dünya'nın gravite alanı nispeten zayıftır. burada, bilim adamları nispeten basit yaklaşık çözümler ile yapabilir. uzmanlar bu formalizmi "newton sonrası yaklaşım" olarak adlandırıyorlar.
  
  bu şekilde, dünya şeklinin kusursuz bir küreden sapması da dikkate alınır. merkezkaç kuvveti gezegenimize bir elipsoidin şeklini verir. ekvatorda çapı, kutuptan kutuba göre 43 kilometre daha büyüktür. bu, çevredeki yerçekimi alanını etkiler. dağların ve alçak alanların düzensiz dağılımı da önemli bir etkiye sahiptir.
  bütün bunlar kulağa oldukça karmaşık geliyor. ve üstelik görelilik teorisi ile ilgisi olmayan ve sürekli olarak düzeltilmesi gereken başka rahatsızlıklar da var. özellikle, uydu sinyallerinin iyonosferde ve en alttaki atmosferik katmanda troposferde kırılmasi... bu da sinyallerin yol uzunlugunu degistirir ve, cihazin yanlış bir konum hesaplamasinina neden olur. her iki etki de farklı boyutlara bağlıdır. ama bu etkiler de kolaylikla düzeltilebilirler.
  
  “düzeltici önlemler için en önemli koşul, bütün uyduların yörüngelerinin bilinmesinden gecer” diyor jäggi, “mevcut yöntemlerle, konumlarını yaklaşık iki santimetreye kadar ölçebiliriz” diyor.
  normal bir navigasyon cihazı konumu yaklaşık on metreye kadar belirleyebilir. bununla birlikte, teknik birkac „trick“ ile bunu birkaç milimetre aralığında bir hassasiyete indirmek mümkündür: diferansiyel gps olarak adlandırılan, konumu kesin olarak bilinen kalıcı olarak monte edilmiş bir alıcıdan ek bilgiler kullanır. örneğin, jeologlar bu olağanüstü hassasiyeti kıtaların yer değiştirmesini ölçmek için kullanırlar.
  
  kitasal kayma ile görecelik teorisinin ortak yani
  jäggi, "analiz merkezimizde, her gün yörünge verilerini değerlendiriyoruz ve bunları alıcı istasyonların konumlarını da içeren matematiksel bir modele giriyoruz" diyor. bu şekilde, araştırmacılar dünya'nın rotasyonundaki değişiklikleri ölçebiliyorlar.
  
  örneğin, on iki yıllık bir süre boyunca dünya ekseninin "delinme noktaları" dikkate alınırsa, bunlarin konumlarınin 15 metre çapında değişmeler gösterdigi görülür
  bu delinme noktalarinin konumları ve dünyanın dönme hızı, yeraltinda ve yeryüzündeki kitle dağılımı hakkında sonuçlar çıkarılmasına izin veriyor. "diye açıklıyor jäggi. “böylece dünya modelleri doğrulanabilir ve geliştirilebilir.”
  
  örneğin, bern yakınlarındaki zimmerwald uydu istasyonunda, bilim adamları yılda 25 milimetre hareket ölçtüler. ve dünyanın dört bir yanına dağılmış tüm istasyonlara bakarsanız, tektonik plaka kaymalarının bir haritasını çıkarırsınız.
  
  bu ayrica, alfred wegener'ın, einstein'ın büyük görelilik teorisi'nden alti ay önce yazdığı "kıtaların ve okyanusların olusmasi" adlı kitabında bahsettigi, kıta kayması teorisinin etkileyici bir kanıtı.