Je horloge of telefoon weet tot op een paar meter nauwkeurig waar je bent. Daarvoor gebruikt hij satellieten op twintigduizend kilometer hoogte – en een stukje natuurkunde waar Einstein aan te pas komt.
Het principe: tijd meten, niet plaats
Satellieten zenden continu een signaal uit met daarin het precieze tijdstip van verzending. Je ontvanger vergelijkt dat met de tijd van aankomst en weet zo hoe lang het signaal onderweg was. Omdat radiogolven met de lichtsnelheid reizen, volgt daaruit de afstand tot die satelliet.
Eén satelliet geeft je een bol met mogelijke posities. Twee satellieten snijden die bollen tot een cirkel, drie tot twee punten – waarvan er meestal één in de ruimte ligt en dus afvalt. Een vierde satelliet corrigeert de klok van je eigen apparaat. Daarom heb je er minimaal vier nodig, en werkt het beter naarmate er meer in zicht zijn.
Waarom nauwkeurige klokken cruciaal zijn
Licht legt in één miljoenste seconde ongeveer driehonderd meter af. Een klokfout van een miljoenste seconde betekent dus een positiefout van driehonderd meter. Daarom dragen de satellieten atoomklokken van extreme precisie.
En hier wordt het bijzonder: door hun snelheid lópen die klokken volgens de relativiteitstheorie iets anders dan klokken op aarde, en door de zwakkere zwaartekracht op die hoogte nog eens anders. Die effecten zijn minuscuul, maar zonder correctie zou de positiebepaling binnen een dag kilometers verkeerd zitten. De relativiteitstheorie zit dus letterlijk verwerkt in je navigatie.
Niet alleen GPS
GPS is het Amerikaanse systeem, maar er zijn er meer: het Europese Galileo, het Russische GLONASS en het Chinese BeiDou. Moderne ontvangers gebruiken ze door elkaar, wat de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid flink verbetert – vooral tussen hoge gebouwen, waar elk extra zichtbaar signaal telt.
Waarom het soms niet werkt
- Binnen: de signalen zijn extreem zwak en komen nauwelijks door daken en muren
- Tussen hoge gebouwen: signalen kaatsen tegen gevels, waardoor de gemeten afstand te groot lijkt. Vandaar dat je in een stadscentrum soms een straat verderop lijkt te lopen
- Onder dicht bladerdek: bomen verzwakken het signaal merkbaar
- Bij het opstarten: een ontvanger die lang uit heeft gestaan of ver verplaatst is, moet eerst uitzoeken welke satellieten waar staan. Dat kan minuten duren
Waarom een sporthorloge snel vindt
Veel apparaten downloaden vooraf een lijst met verwachte satellietposities. Daardoor weten ze direct waar ze moeten “zoeken” en hebben ze binnen seconden een positie. Synchroniseert een horloge lang niet, dan is die lijst verouderd en duurt het zoeken merkbaar langer – een bekende ervaring voor wie na maanden weer eens gaat hardlopen.
Ontvangen, niet zenden
Een veelgehoord misverstand: je apparaat stuurt niets naar de satellieten. Het luistert alleen. De satellieten weten dus niet van jouw bestaan af, en het systeem raakt nooit “overvol”, hoeveel gebruikers er ook zijn.
Dat je locatie tóch gedeeld kan worden, komt door de apps op je toestel – niet door de satellieten zelf.