Wie GPS weiß, wo du bist – Satelliten und Relativitätstheorie

Milliarden Menschen nutzen täglich GPS. Doch wie weiß das System mit wenigen Metern Genauigkeit, wo man sich befindet? Die Antwort verbindet Physik, Mathematik – und Einsteins Relativitätstheorie.

Das Satellitennetzwerk

GPS besteht aus mindestens 24 Satelliten in etwa 20.200 Kilometern Höhe. Jeder sendet kontinuierlich Signale mit präziser Uhrzeit und Eigenposition. Diese Signale breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus.

Trilateration

Aus der Signallaufzeit berechnet der Empfänger seine Entfernung zum Satelliten. Mit drei Satelliten erhält man zwei mögliche Positionen, ein vierter korrigiert Uhrungenauigkeiten und liefert die eindeutige Position.

Das Relativitätsproblem

GPS-Satelliten bewegen sich mit 14.000 km/h – ihre Uhren laufen laut spezieller Relativitätstheorie etwas langsamer. Gleichzeitig laufen Uhren in schwächerem Gravitationsfeld schneller. Der Nettoeffekt: GPS-Uhren müssen täglich um 38 Mikrosekunden korrigiert werden. Ohne diese Korrektur würde das System nach einem Tag um 11 Kilometer falsch liegen.

Genauigkeit

Smartphones erreichen 3-5 Meter. Professionelle Geräte schaffen Zentimeter-Präzision. Galileo, GLONASS und BeiDou ergänzen GPS zum globalen Netz.

GPS ist ein tägliches Wunder der Physik – ein System, das ohne Einsteins Relativitätstheorie schlicht nicht funktionieren würde.

Dieser Beitrag wurde mit wissenschaftlichen Quellen erstellt.