El sistema GPS consiste de tres elementos: una red de satélites, estaciones terrenas de control de esos satélites y receptores (que son los que usamos nosotros, como si fueran receptores de radio o de televisión).
En el caso del GPS, los que hacen el papel de las campanas de las iglesias son los satélites. En realidad, son 24 satélites, que se conocen con el nombre de Navstar. Las órbitas que describen están ubicadas en seis planos y permiten garantizar que en cualquier lugar de la Tierra que usted se encuentre, podrá recibir las señales que emitan por lo menos cuatro de esos satélites.
El primero de ellos fue lanzado en 1978 y el último, el 26 de junio de 1993. Cada uno pesa unos 900 kilos, tiene el tamaño de un automóvil mediano y gira alrededor de la Tierra a 18.000 kilómetros de altura. La velocidad a la que avanzan les permite dar dos veces la vuelta al mundo por día. Los fabricó la empresa Rockwell International. Cada satélite transmite una señal de radio digital en forma continua que indica dónde está el satélite en cada momento y la hora en la que está enviando la señal, con la precisión de un nanosegundo. Piense que un nanosegundo significa 0,000000001 de segundo, o sea una mil millonésima parte de un segundo. Como se ve, hace falta la precisión que solamente un reloj atómico puede ofrecer.
Ahora, volvamos a usted. ¿Qué necesita para poder conocer su posición sobre la Tierra? Necesita tener un aparato que pueda leer e interpretar las señales que envían esos satélites. Ese aparato es el que ahora viene incluido en varios teléfonos celulares inteligentes o en algunos autos o embarcaciones.
Usted enciende su aparato receptor (que voy a llamar GPS) y quiere saber dónde está. Su GPS reciba las señales de por lo menos cuatro de los satélites. Ahora le pido que me siga con este razonamiento. Cada señal que su aparato recibe, indica la hora exacta en la que fue emitida por cada satélite. Obviamente, como los satélites están en órbitas diferentes, están a distancias distintas del aparato que usted está usando. Por lo tanto, tardan distintos tiempos en llegar a usted.
Uno podría decir, “sí, pero ¿cuánto puede ser la diferencia?”. Mucha. Es que si bien las señales viajan a la velocidad de la luz (que es de 300 mil kilómetros por segundo, igualmente, algo tardan. Y cada señal tarda un tiempo diferente porque es emitida por un satélite diferente (como antes eran las campanas de las distintas iglesias). Esas diferencias son las que permiten calcular su posición con un error de algunos metros. Por ejemplo, si la hora en la que el satélite emitió su señal es una milésima de segundo anterior a la hora de su GPS, entonces eso indica que usted está ubicado a 300 kilómetros del satélite.
Si dos personas están ubicadas aún a una cuadra de distancia, el tiempo que tarda la señal desde cada satélite es diferente, aunque infinitesimal. Ser capaz de poder detectar esa sutil diferencia es lo que permite distinguir que uno está en un lugar y la otra persona, a 100 metros de distancia. Lo notable, entonces, es haber logrado ese nivel de precisión, que es medido en nanosegundos y, por lo tanto, detectables solamente por los relojes atómicos.
¿Por qué hacen falta las señales de cuatro satélites? Porque como ninguno de nosotros anda con un reloj atómico por la calle (son muy caros y muy escasos también), tres de los satélites aportan los datos que hacen falta para calcular la latitud y la longitud, pero el cuarto es el que funciona como factor corrector de nuestro reloj. De esa forma evita que uno tenga que llevar en su muñeca un reloj de esas características. Alcanza con que su aparato de GPS tenga un buen reloj de cuarzo, que ahora son muy baratos.
Si Ud tiene un receptor de GPS en su automóvil o en su teléfono celular, ahora sabe que ese aparatito sirve para recibir las señales de los (por lo menos) cuatro satélites y de esa forma, le alcanza para determinar su posición con un margen de error de algunos metros. Para garantizar ese tipo de precisión, cada satélite está equipado con cuatro relojes atómicos que le permiten calcular el tiempo con una precisión que no existió jamás. La posibilidad de haber accedido a este tipo de tecnología se produjo por la intervención de científicos de distintas áreas: ingenieros, físicos, matemáticos, entre otros. Cada uno de ellos fue pensando en cosas distintas, y posiblemente no imaginaron que su producción en ciencia básica tendría una aplicación tan determinante en nuestra vida cotidiana.
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