27/03/2019

Sem descobertas 'inúteis' de Einstein, GPS não existiria

Reprodução da coluna de Marcelo Viana, na Folha de S.Paulo

O sistema de posicionamento global (GPS, na sigla em inglês) foi criado pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos, com fins militares, e depois aberto ao uso civil. Atualmente, outros países têm sistemas similares.

O advento dos dispositivos móveis colocou o GPS ao alcance de todos, tornando-o um dos avanços tecnológicos com impacto mais evidente em nossas vidas.

O que é menos conhecido é que o sistema não poderia funcionar sem a descoberta mais famosa de Albert Einstein, a teoria da relatividade, iniciada no “ano miraculoso” de 1905 e completada em 1915.

Para explicar isso, precisamos entender como funciona o GPS. Agradeço ao leitor Alison Moraes, tecnologista sênior do Instituto de Aeronáutica e Espaço, por suas explicações detalhadas.

O equipamento fundamental do GPS é uma constelação de satélites em volta da Terra, os quais emitem sinais eletromagnéticos que identificam o satélite e informam a hora exata da emissão.

Os sinais são recebidos em nossos dispositivos (celulares, por exemplo), que sabem a hora exata da recepção. Dessa forma, como o sinal eletromagnético se desloca à velocidade da luz, podemos calcular as distâncias do dispositivo em relação a cada um dos satélites.

A partir daí, como as posições dos satélites também são conhecidas, para obter a posição do dispositivo só é preciso resolver um sistema de equações bastante simples.

Em teoria, bastaria ter as distâncias em relação a quatro satélites, mas na prática é preciso usar mais, para aumentar a confiabilidade. E, para garantir que satélites em número suficiente estejam acessíveis a todo momento de qualquer ponto na superfície terrestre, é necessário que a constelação seja relativamente grande: atualmente são 31 satélites.

O erro do sistema está entre 5 e 10 metros e, com as melhorias em curso, deverá cair para alguns centímetros.

Isso é uma façanha incrível pois, mesmo que a explicação acima possa parecer simples, na prática há muitas dificuldades. Entre outras, os relógios nos satélites precisam estar perfeitamente sincronizados com os do solo —a margem de erro permitida é de apenas 20 nanossegundos (0,000000020 segundos). E é aí que a teoria da relatividade se torna indispensável.

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