Einstein maneja el GPS mejor que Newton

  • Los sistemas de navegación por satélite, como Galileo y GPS, emplean la trigonometría newtoniana para determinar las posiciones.
  • Sin embargo, las correcciones relativistas mejorarían el sistema.
Gráfico del sistema GPS.
Gráfico del sistema GPS.
ESA

La teoría de la relatividad de Einstein, que tiene que ver con la gravedad, podría utilizarse para mejorar los sistemas de navegación global en el futuro. Un equipo de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Universidad de Ljubljana ha desarrollado un sistema basado en esta posibilidad.

Los sistemas de navegación por satélite, como Galileo y GPS, emplean la trigonometría newtoniana para determinar las posiciones, utilizando las estaciones en Tierra como puntos de referencia. Este enfoque sería ideal si todos los satélites y el receptor estuvieran en reposo y lejos de la Tierra. Pero si se introducen correcciones relativistas a la teoría newtoniana, un usuario en la Tierra podría registrar correcciones de hasta 12 kilómetros en un día.

Una forma sencilla de evitar tener que tratar con los defectos de la teoría newtoniana es cambiar el paradigma. En lugar de modelar el sistema en un marco de Newton y la adición de las correcciones relativistas, el sistema de posicionamiento podría inspirarse directamente en la relatividad general.

Un nuevo modelo

Con la inspiración de un artículo publicado por Bartolomé Coll, investigador en Systèmes de Référence Temps-Espace del Observatorio de París, se realizó un estudio para introducir estas coordenadas relativistas para la definición de un marco de referencia mundial que se pueda utilizar para el posicionamiento y la navegación.

Se diseñó un marco de Schwarzschild local (el alemán Karl Schwarzschild formuló la primera solución exacta de las ecuaciones de Einstein, referente a la curvatura de un espacio vacío a consecuencia del campo gravitacional de un cuerpo esférico), basado en las señales de reloj procedentes de cuatro satélites. Posteriormente, se desarrollaron, implementaron y probaron algoritmos para leer las coordenadas del marco de Schwarzschild local del usuario desde las señales de los cuatro satélites.

El marco de referencia nuevo se basa en la dinámica de los satélites en lugar de depender de la ubicación de las estaciones terrestres. Si la constelación de satélites estuviera equipada con comunicaciones entre satélites, cada satélite podría ser un usuario de su sistema de posicionamiento propio.

Los primeros resultados prometen un aumento en la precisión y la estabilidad mediante el nuevo sistema de referencia. La cuestión de si puede evitar la necesidad de marcos de referencia terrestre está aún en estudio.

Entre las futuras aplicaciones de esta investigación, figura una referencia muy estable y precisa en el espacio, que podría ser utilizada para la ciencia espacial y Orbitografía de alta precisión. También podría utilizarse para la definición de un marco de referencia galáctica para la navegación interplanetaria, utilizando los púlsares como relojes, informa la ESA.

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