相對論為GPS修正的那38微秒是怎麼來的?

年初的時候,頭條舉辦了“百萬英雄”活動,就是全民答題分錢,印象很深,好像是在瓜分100萬的第一場。其中就有一題問到:下列哪種技術應用了相對論?答案是GPS定位。

相對論為GPS修正的那38微秒是怎麼來的?

如果不進行相對論修正,衛星每天的時間會比地面時間快38微秒,累積下來,就會對定位以及其他功能產生一定的誤差。

對於這個問題,其最後的結果可以近似的看做廣義相對論和狹義相對論的結果的合併。也就是這38微秒的時間是由於引力場強度(強度越小、時間越快)、衛星高速運動產生的(速度越快、時間越慢)。

相對論為GPS修正的那38微秒是怎麼來的?

已知衛星軌道高度為2萬公里、速度為3900米/秒、地球質量為5.965*10^24千克、地球半徑取6371公里、地面自轉速度465米/秒。代入下面公式

相對論為GPS修正的那38微秒是怎麼來的?

①地面時間減慢數值:60.06微秒

②衛星時間減慢數值:21.78微秒

③求出二者差值,約38微秒(即衛星快地面38微秒)

不過嚴格意義上來講,上述公式只能是近似計算,公式是適用於史瓦西時空(球對稱、不自轉、不帶電),而地球屬於自轉帶電天體(我們的討論背景應該為克爾紐曼時空)。所以說如果將地球換成其他屬性相差較大的天體,則此公式不成立。

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