Dni są coraz krótsze, drogi ciągle marne i zatłoczone, pogoda nie zawsze sprzyja - a jeździć trzeba. Na szczęście dzisiejszy kierowca jest wolny przynajmniej od jednego ze strapień, jakie dręczyły podróżników w ciągu wcześniejszych dziesiątków i setek lat: Nie musi wypatrywać, którędy powinien jechać oraz gdzie znajduje się cel jego podróży. Nie musi tego robić - bo ma GPS. Ale z tego, że go ma, oraz z tego, że z niego korzysta, wcale nie wynika, że go rozumie! A ponieważ rozumieć warto (z czystej ciekawości...), przeto dla tych wszystkich, którzy chcą się dowiedzieć, skąd to małe pyskate pudełko w naszym aucie wie, jak mamy dojechać na imieniny do cioci - przeznaczam ten wpis.

REKLAMA
Zanim jednak zacznę moją dzisiejszą opowieść chcę uprzedzić, że jeśli ktoś z Państwa woli słuchać niż czytać - to może skorzystać z faktu, że fajną rozmowę na ten sam temat nagrał ze mną redaktor Jan Stępień z Radia Kraków. Rozmowy tej będzie można posłuchać w najbliższą niedzielę (17.11.2013) w ramach cotygodniowej audycji "W Kręgu Nauki" (zawsze po 12:05). Pod podanym wyżej linkiem można jej także wysłuchać zaraz teraz, a potem rozmowa ta będzie też udostępniona w formie podcastu na mojej stronie - zakładka "Prof. Tadeusiewicz - Nawigacja GPS".
Dla tych, którzy nadal czytają (zamiast wysłuchać tego w formie radiowego nagania) kilka słów komentarza.
Zacznę od zabawnej obserwacji. Otóż tekst pod tym samym tytułem (chociaż o nieco innej treści) zamieściłem kilka lat temu w jednej z krakowskich gazet. Uwagi znajomych były takie:
- A co to jest GPS?
Było to bowiem pokolenie, które o GPS jeszcze nie słyszało (był wtedy drogi i trudno dostępny), natomiast wszyscy znali mit o Ariadnie.
Obecnie sytuacja się odwróciła: Ilekroć wspominałem komuś ze znajomych, że przygotowuję tekst pod takim właśnie tytułem jako wpis do tego blogu, to nieodmiennie padało pytanie:
- A co to jest Ariadna?
Oto jak w ciągu tych ostatnich kilku lat zmieniło się wyposażenie intelektualne wykształconych Polek i Polaków! Wszyscy już wiedzą, czym jest GPS, natomiast pokolenie znające grecką mitologię zwolna wymiera...
Żeby więc dalszy ciąg tego tekstu był dla wszystkich zrozumiały - pozwolę sobie w dwóch słowach przypomnieć historię słynnej nici Ariadny.
Ateński królewicz i bohater Tezeusz musiał zabić potwora Minotaura, mającego postać człowieka z głową byka. Musiał go zabić, bo okrutny król Krety Minos składał Minotaurowi rokrocznie ofiarę z 7 młodzieńców i panien, których Minotaur z upodobaniem pożerał. Tych młodych ludzi na pożarcie przez potwora musiały dostarczać podbite przez Minosa Ateny.
logo

Tylko zabicie Minotaura mogło uwolnić kraj Tezeusza od tego koszmarnego trybutu. Jednak zadanie to nie było łatwe, bo poza zgładzeniem Minotaura (który jako pełnowymiarowy potwór zgładzić się tak łatwo nie dawał), trzeba było dodatkowo go znaleźć. To też nie było łatwe, bo Minos zamknął go w skomplikowanym labiryncie, zbudowanym specjalnie w tym celu przez Dedala, ojca słynnego Ikara.
Minos miał swoje powody, żeby Minotaura schować przed opinią publiczną, albowiem potwora tego urodziła jego żona. Był to skutek jej wcale nie platonicznej miłości do pewnego byka. Tematu tego nie będę tu rozwijał, bo ten wpis mogą czytać nieletni, zwracam jednak uwagę, że greckie mity bynajmniej bajeczkami dla dzieci nie były.
Wróćmy jednak do Tezeusza i jego misji. Najtrudniejszy był w niej powrót z labiryntu. Znalezienie potwora nie było aż tak bardzo trudne, bo podobno śmierdział donośnie, zabicie go z pewnością było sporym wyczynem, ale jak się jest tak wielkim bohaterem, jak Tezeusz, to i to się uda zrobić. Tylko jak się potem wydostać z powrotem?
Otóż w tym ostatnim pomogła Tezeuszowi córka Minosa Ariadna, która oferowała bohaterowi przed wejściem do labiryntu kłębek nici. Zagłębiając się w plątaninie korytarzy Tezeusz rozwijał nić, której początek uwiązał przy wejściu do labiryntu. Gdy już pokonał Minotaura - dzięki nici Ariadny trafił z powrotem do wyjścia, a słynna nić stała się przysłowiowa jako synonim wskazówki, która pozwala dotrzeć do pożądanego celu.
logo
Ilustracja mitu o nici Ariadny

Wróćmy teraz do współczesności i do tytułowego urządzenia GPS, które większości z nas wielokrotnie pozwala dotrzeć do pożądanego celu. Jego nazwa pochodzi od angielskich słów Global Positioning System – Globalny System Pozycjonowania. Posługują się nim prawie wszyscy, ale czy wielu użytkowników tego narzędzia wie, jak jest ono zbudowane i w jaki sposób działa? Dla tych, którzy nie wiedzą, a chcieli by się dowiedzieć, jest przeznaczony ten artykuł.
Najważniejszą częścią GPS bynajmniej nie jest to sprytne urządzenie z ekranikiem, które możemy kupić i zainstalować w swoim samochodzie (a także na jachcie, w samolocie, na rowerze, a nawet w koszyku grzybiarza, żeby się nie zgubić w lesie). Najważniejsze jest niewidoczne dla oczu, jak pisał Antoine de Saint- Exupéry w przepięknej książce Mały Książę, i ten cytat odnosi się idealnie do systemu GPS. Jego sercem jest bowiem system około 30 sztucznych satelitów, które obiegają Ziemię po kolistych orbitach na wysokości 20162 km.
Napisałem „około”, bo liczba satelitów się zmienia – jedne się psują, inne wyłącza się z powodów technicznych, a na ich miejsce wprowadza się nowe. Na przykład satelity pierwszego bloku, od którego zaczął się w roku 1978 system GPS, nazywające się SVN (numery od 1 do 11), już nie istnieją, a dzisiaj krążą wokół Ziemi satelity czwartej generacji IIR-M, zaś niebawem pojawią się nowe, jeszcze doskonalsze.
To włączanie i wyłączanie satelitów nie przeszkadza w stałym korzystaniu z usług GPS. Do tego, żeby system działał na powierzchni 99,96% Kuli Ziemskiej wystarczy, gdy czynne są 24 satelity, a w praktyce ich liczba nigdy nie była mniejsza niż 28.
Zasada działania systemu, gdyby chcieć ją przedstawić dokładnie i szczegółowo, byłaby bardzo skomplikowana i nikt z Państwa (z wyłączeniem nielicznych specjalistów) zapewne nie były w stanie dokładnie jej przestudiować bez potężnego bólu głowy. W grę wchodzą bowiem bardzo precyzyjne pomiary czasu (na każdym z satelitów zainstalowany jest niesłychanie dokładny zegar atomowy) i bardzo skomplikowane wyliczenia, w których uwzględnia się nawet tak subtelne efekty, jak to, że zgodnie z teorią względności Einsteina czas w polu grawitacyjnym Ziemi biegnie wolniej, niż w odległym Kosmosie. Jednak zasadniczy pomysł, na którym opiera się GPS jest możliwy do zrozumienia dla każdego.
Otóż nasz aparacik GPS, znajdujący się na przykład w samochodzie, w każdej chwili mierzy odległość do wszystkich satelitów, które są w danym momencie „w polu widzenia”. Zwykle udaje się zlokalizować od 7 do 11 satelitów, chociaż do określenia położenia wystarczy pomiar odległości do 4 z nich, sygnały pozostałych służą do polepszenia dokładności. Satelity krążą po orbitach z matematyczną precyzją, więc w każdej chwili dokładnie wiadomo, gdzie się który z nich znajduje. Jeśli wiemy, jak daleko jest od naszego odbiornika GPS do poszczególnych satelitów, to możemy obliczyć (przy odrobinie wysiłku mógłby to zrobić dobrze przygotowany maturzysta!) – gdzie się znajduje odbiornik.
logo
Zasada działania systemu GPS. http://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:ConstellationGPS.gif

Jeśli dodatkowo mamy w pamięci odbiornika aktualną mapę cyfrową, to na ekraniku możemy zobaczyć położenie naszego samochodu na tle tej mapy (a więc wiemy, gdzie jesteśmy, czasem nawet z dokładnością pozwalającą stwierdzić, po której stronie ulicy stoimy!), zaś porównując aktualne położenie, z tym, do którego chcemy dojechać i biorąc z cyfrowej mapy wiadomości, jakie są aktualnie dostępne drogi – można uzyskać lubianą przez kierowców funkcję doradcy, który na bieżąco mówi „za 100 metrów skręć w prawo” itp.
I nie powinien nam w tym przeszkadzać fakt, że cały ten zmyślny system powstał pierwotnie do celów wojskowych, a dokładniej do tego, żeby naprowadzać na cel automatyczne pociski armii amerykańskiej. Główna Stacja Nadzoru całego systemu GPS jest zlokalizowana w Bazie Sił Powietrznych USA Schriever AFB w Colorado Springs. Ale to nas nie powinno zrażać, w końcu Internet też wymyślono dla wojska!
Niemniej jednak trochę niepokojący jest fakt, że wszystkie satelity systemu GPS są dodatkowo nosicielami aparatury szpiegowskiej zwanej NUDET, która jest stale czynna…
Na koniec jeszcze jedna ciekawostka:
Związek Ariadny z Kosmosem nie polega tylko na tym, że dla milionów ludzi na Ziemi krążące w Kosmosie satelity są dziś źródłem informacji pozwalających odnaleźć drogę, tak jak nić Ariadny pozwoliła kiedyś odnaleźć drogę Tezeuszowi. Patrząc ciemną nocą na bezchmurne niebo zobaczymy na jego północnej stronie (znanej chyba każdemu ze względu na charakterystyczne konstelacje Wielkiej i Małej Niedźwiedzicy) - bardzo wyrazisty gwiazdozbiór przypominający diadem. Dokładnie taki, jaki na konkursach piękności nakładają wybranej Miss!
logo
Fragment mapy nieba z widoczną Koroną Północy oraz Gwiazdą Polarną.
Gwiazdozbiór ten nazywany jest Koroną Północną (Corona Borealis) i zgodnie z grecką mitologią jest przeniesioną na niebo koroną, którą podarował Ariadnie w ślubnym prezencie bóg wina Dionizos. Doradzam - odnajdźcie Państwo na niebie tę gwiezdną koronę, bo niedaleko od niej jaśnieje Gwiazda Polarna, odwieczna przewodniczka żeglarzy...
Przyda się jak znalazł gdyby GPS się zepsuł!