El Gps y la Teoria de la Relatividad

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EL GPS Y LA TEORIA DE LA RELATIVIDAD
Eduardo Huerta(*), Carlos Galles(**), Andrés Greco(**) y Aldo Mangiaterra(*)
(*) Departamento de Geotopocartografía
(**) Departamento de Física
Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura
Universidad Nacional de Rosario
Av.Pellegrini 250 - (2000)Rosario - Argentina
e-mail: huerta@fceia.unr.edu.ar

Resumen:
La utilización del Sistemade Posicionamiento Global (GPS) para determinaciones
instantáneas de coordenadas de puntos respecto de un sistema de referencia fijo a la
Tierra, permite actualmente lograr precisiones de unos pocos metros. Para lograr este
grado de precisión es imprescindible la consideración de la teoría de la relatividad
concebida por Albert Einstein a comienzos del siglo pasado.
Se puede afirmar que sin lafísica de Einstein, el GPS tal como lo conocemos hoy, no
sería posible ya que si los efectos relativistas no fueran tenidos en cuenta, en pocos
minutos su influencia sobre los relojes de los satélites producirían errores que superarían
ampliamente la precisión señalada.
En este trabajo, en primer lugar, se describen las características básicas del sistema.
Posteriormente se explican losprincipios fundamentales de la teoría de la relatividad
restringida y general de una manera sencilla y accesible para un lector no formado en esta
rama de la física. Luego se establece la correspondencia entre la teoría de Einstein y el
Sistema de Posicionamiento Global y se cuantifican, en base a algunas hipótesis
simplificatorias, las variaciones temporales predominantes que indican, en términosde
distancias, alteraciones cuya consideración resulta crucial para un adecuado
funcionamiento del sistema, señalando finalmente, cómo se logran compensar estas
alteraciones.

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Introducción:
El lanzamiento y puesta en órbita del satélite Sputnik I marcó, en 1957, el comienzo de la
era espacial que, conjuntamente con la aparición de los primeros relojes atómicos, pocos
años después, hanposibilitado que en la actualidad se encuentren en operaciones los
denominados Sistemas de Navegación Global por Satélites (GNSS).
Aunque GPS (Global Positioning System) es el sistema de navegación basado en satélites
que actualmente brinda mayores prestaciones, se halla operativo también el Glonass
(Global Navigation Satellite System), de origen ruso, encontrándose además en desarrollo
elsistema Galileo de origen europeo.
Es ampliamente conocido que esta tecnología satelital permite determinar, con
precisiones que van desde la decena de metros a algunos milímetros, la posición espacial
de objetos fijos o móviles respecto de un sistema de referencia fijo a la Tierra.
La alta eficiencia, confiabilidad y versatilidad del sistema han generado un vasto campo
de aplicaciones endiversas actividades humanas entre las cuales podemos enumerar:
aeronavegación, navegación marítima, fluvial o terrestre, la exploración y explotación de
recursos naturales, la prevención y observación de los desastres naturales, la construcción
de obras de ingeniería, el ordenamiento territorial, etc.
También realiza aportes científicos de gran importancia a través de la información que
proveeacerca de la física de los componentes utilizados en los modelos de observación:
ionosfera, troposfera, movimientos y deformaciones de la corteza, etc.
El segmento espacial de GPS consta, a la fecha, de 32 satélites en órbitas casi circulares
que se encuentran a unos 20180 kms de altura respecto de la superficie terrestre. Estos
satélites están distribuidos en seis planos orbitalesequiespaciados en longitud cuya
inclinación respecto del plano ecuatorial es de 55 grados (Figura 1). Su período orbital es
de 12 horas sidéreas lo que implica que se mueven con una velocidad cercana a los 14000
kilómetros por hora.

Figura 1

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Los satélites emiten señales caracterizadas por un cierto número de componentes todas
basadas en una frecuencia fundamental de 10,23 MHz controladas por...