Почему спутниковые часы нельзя просто сверить с земными
GPS определяет местоположение по времени прихода радиосигналов. Спутник передаёт отметку времени, а приёмник сравнивает её с моментом, когда сигнал дошёл до него. Радиоволны летят со скоростью света, поэтому даже крошечная ошибка во времени превращается в заметную ошибку расстояния: за одну микросекунду свет проходит около 300 метров.
Приёмник сопоставляет сигналы нескольких спутников, чтобы вычислить, где он находится. Если спутниковые часы идут не так, как предполагает расчёт, система принимает неверное время передачи за неверное расстояние. Ошибки складываются в неточность координат.
Откуда берётся разница во времени
На спутник действуют два релятивистских эффекта. Из-за высокой скорости его часы идут немного медленнее относительно часов на Земле — это специальная теория относительности. Но спутник находится выше, где земное притяжение слабее, и там часы идут быстрее — это эффект общей теории относительности.
Для GPS второй эффект сильнее первого: в сумме спутниковые часы опережают земные примерно на 38 микросекунд в сутки. Инженеры учитывают эту разницу заранее, настраивая часы спутников так, чтобы их ход соответствовал времени, необходимому навигационной системе.
Почему поправка важна каждый день
Без компенсации сигнал постепенно расходился бы с расчётной шкалой времени. Ошибка в определении расстояния накапливалась бы, а вместе с ней смещались бы и вычисленные координаты — примерно на 11 километров за сутки. Это не означает, что каждая точка на карте неизбежно уезжала бы ровно на такое расстояние: конкретная ошибка зависит от геометрии спутников и расчёта приёмника. Но без релятивистской поправки GPS быстро перестал бы быть точной навигацией: точное время здесь — часть измерения расстояния.
