Velocity and gravitational effects on GPS satellites: An outline of early prediction and detection of strong eartquakes

Efectos de velocidad y de gravitación en GPS satelitales: Un esquema para la predicción y detección temprana de fuertes terremotos

Hoy en día, los sistemas de navegación global por satélite, GPS utilizados como sistemas de posicionamiento global,se basan en un modelo gravitacional y por lo tanto solo son operativos cuando varios efectos relativistas son tenidos encuenta. Los efectos relativistas más importantes (hasta el orden 1/c2) son: el desplazamiento Doppler al rojo de segundoorden, debido al movimiento del satélite (la relatividad especial) y el efecto gravitacional de Einstein corrimiento alazul de la frecuencia de reloj del satélite (principio de equivalencia de la relatividad general). Ambos efectos pueden sertratados en un nivel básico, apelando a la relatividad del día a día. Este artículo examina los efectos significativos quedeben tenerse en cuenta en la operación de sistemas de GPS sin tener que recurrir a las teorías de la relatividad especialy general, produciendo los mismos resultados para estos sistemas, donde uno de los efectos puede ser tratado con elenfoque temporal de la contracción que aquí se propone y el otro usando la teoría de Newton como una aproximaciónde la Relatividad General. Este enfoque nos permite proponer un esquema de la predicción y detección temprana de losfenómenos de terremoto de gran intensidad.

INTRODUCCIÓN

El sistema de posicionamiento global (GPS) ofrece una magnífica oportunidad para introducir los conceptos de la relatividad a los estudiantes de grado, incluidos los que no son especialistas en física. La familiaridad con las numerosas aplicaciones del GPS motiva a los estudiantes a comprender la relatividad. Es necesario introducir algunos principios fundamentales, como los postulados de la relatividad especial y la universalidad de la caída libre. Una serie de efectos pueden llevar a la ruptura de la simultaneidad, el efecto Sagnac, el efecto Doppler de primer orden, los desplazamientos de frecuencia gravitacionales y la dilatación del tiempo. Entre los efectos relativistas importantes en los relojes de los satélites GPS se encuentran los desplazamientos de frecuencia gravitacionales y la dilatación del tiempo. Estos efectos son tan grandes que, si no se tienen en cuenta, el sistema no sería eficaz para la navegación. Los relojes de referencia en el geoide terrestre también se ven influidos por la dilatación del tiempo (debida a la rotación de la Tierra) y los cambios de frecuencia gravitacionales, en relación con los relojes en el infinito. Las diferencias de frecuencia entre los relojes en órbita y los relojes de referencia en la superficie terrestre son muy importantes en el GPS. La constancia de la velocidad de la luz es esencial para la navegación con GPS. Este principio también conduce directamente a la relatividad de la simultaneidad y al efecto Sagnac, que debe tenerse en cuenta cuando se sincronizan relojes en la vecindad de la Tierra o se comparan relojes que están a miles de kilómetros de distancia en la superficie terrestre pero que tienen uno o más satélites GPS a la vista al mismo tiempo.