GPS完成部署｜科學史上的今天：12/8

如今每部新車內幾乎都會配備導航系統，每個人的手機也大多安裝了導航軟體；有了GPS（Global Positioning System, 全球定位系統），出門再也不怕找不到路。而GPS就如同許多現代生活中不可或缺的科技，其實也是源自軍事用途。

當蘇聯於1957年發射第一顆人造衛星Sputnik後，美國緊張地每天監視它的動態，其中有兩位科學家發現利用都卜勒效應就能輕鬆掌握衛星的位置。美國海軍知道後，反問：那能從衛星的位置反推自己在地面的位置嗎？大海茫茫中，這可是制勝關鍵啊！於是1960年，美國海軍建置了由五顆衛星組成的定位系統，但是一個小時才能定位一次，位置也不夠精確。除了部署的衛星數量不足，最主要關鍵在於原子鐘還無法上太空。

直到1974年，第一顆攜帶原子鐘的衛星才發射升空。之後GPS的衛星陸續升空，所配備的原子鐘與導航模組也逐步升級。1993年的今天，美國國防部宣布24顆三代同堂的GPS衛星終於部署完成，可以提供誤差一百公尺以內的標準定位服務，開啟了現代的GPS導航系統。隨著衛星的汰舊換新，如今誤差範圍已經縮小到五公尺以內。

根據愛因斯坦的狹義相對論，移動速度越快的物體，時間過得越慢；而廣義相對論又指出重力越小的地方，時間越快。GPS衛星的飛行速度約每秒四公里，每天會比地面慢7.2微秒；另一方面，它的軌道在兩萬公里的高空，重力效應會使它的時間每天比地面快45.9微秒。因此GPS衛星上的原子鐘時間每天會比地面快約38微秒，地面的導航設備必須將這誤差納入考量，才能計算出正確的位置。

很多人都以為愛因斯坦的相對論太玄了，沒有實際用途，但其實我們每天都在見證它在日常生活中扮演的重要角色，這不是很奇妙嗎？

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。