Os satélites emitem continuamente sinais que informam a hora e a posição no momento da transmissão. Esses sinais chegam às bases de controle terrestre
e aos receptores comerciais viajando à velocidade da luz – 300 mil quilômetros por segundo. Portanto, é possível calcular a distância entre o satélite
e o receptor multiplicando-se a velocidade da luz pela diferença entre o tempo da chegada do sinal no receptor e o tempo da saída no satélite.
Os receptores de GPS, detectam, decodificam e processam os sinais emitidos pelos satélites, de forma a apontar com precisão a sua localização
Ao se medir simultaneamente as distâncias de um determinado ponto em relação a quatro satélites, é possível determinar latitude, longitude, altitude e o
tempo local do receptor naquele ponto. É por isso que as órbitas foram escolhidas de modo que, em qualquer ponto da superfície da Terra, em qualquer momento,
um receptor visualize no mínimo quatro satélites.
Para quem domina os conceitos físicos e matemáticos pertinentes, a idéia é simples, mas a sua realização é extremamente complexa. Em primeiro lugar, os tempos
de todos os satélites têm que estar sincronizados o mais próximo possível da perfeição. Pequenos erros na sincronização implicam grandes erros na localização
dos receptores. Se desejarmos, por exemplo, medir a posição do receptor com um erro inferior a um metro, o erro na sincronização não pode ser superior
a 4 nanossegundos (nanossegundo é a bilionésima parte do segundo).
Tal precisão só é possível com o uso de relógios atômicos. Para se ter uma idéia do que isso significa, basta fazer a correspondência para a medida de
distância. Se o raio da Terra fosse medido com a mesma precisão, a retirada de um átomo da superfície seria detectada.
Tique-taque atômico
Qualquer medida de tempo está associada à medida da freqüência de um fenômeno periódico. Um exemplo clássico é o do físico italiano Galileu Galilei (1564-1642)
que, nos seus primeiros experimentos, usou a freqüência das batidas do seu coração para medir o período de oscilação dos seus pêndulos. O tique-taque desse
relógio biológico pode ser ouvido com um estetoscópio.
Os antigos relógios de parede transformavam os períodos dos seus pêndulos em medida de tempo. A freqüência era perceptível pelo tique-taque sonoro. Os
relógios que costumamos usar em nossos pulsos são fabricados com um cristal de quartzo. O tempo é medido a partir da freqüência de oscilação resultante
do efeito piezoelétrico. O romântico tique-taque desapareceu, mas a precisão aumentou.
A arte compara o funcionamento dos relógios de cristais de quartzo e dos relógios atômicos
Em 1949, a freqüência de tunelamento do nitrogênio na molécula de amônia (NH 3 ) foi utilizada para a fabricação do primeiro relógio atômico. Nessa molécula,
o átomo de nitrogênio pode ocupar mais de um lugar. Ele muda de um para outro por meio de um processo de tunelamento, com freqüência igual a 24 GHz. É a constância dessa freqüência que possibilita o seu uso em um relógio atômico.
A idéia era revolucionária, mas Leia o resto desta entrada »
acabou fazendo por conta própria.
O artigo número 10 milhões da 