«Систематическая ошибка»: российские учёные нашли во Вселенной причины сбоев в работе GPS и ГЛОНАСС
Почему 10% квазаров «врут» GPS-навигации: честный разбор
Вы когда-нибудь задумывались, что ваш смартфон знает, где вы находитесь, с точностью до нескольких метров? Спасибо спутникам GPS и ГЛОНАСС. Но они ориентируются по квазарам — далёким ядрам галактик. И вот новость: примерно каждый десятый квазар показывает неверные координаты. Российские физики из МФТИ и ФИАН обнаружили, что это может приводить к системным сбоям в навигации. Давайте разбираться, почему квазары «врут» и что с этим делать.
Квазары как космические маяки: идея красивая, но неидеальная
Квазары — это активные ядра галактик со сверхмассивными чёрными дырами в центре. Они невероятно яркие и видны за миллиарды световых лет. Из-за огромной удалённости они кажутся неподвижными — идеальные ориентиры для спутников на орбите Земли. Спутники GPS и ГЛОНАСС постоянно сверяют своё положение с этими маяками. Казалось бы, надёжность на миллиарды лет. Но есть нюанс.
Смещение координат: радио не равно оптике
Квазары изучают в двух диапазонах: оптическом (свет) и радио. Исследования последних лет показали: координаты одного и того же квазара в этих диапазонах не совпадают примерно в 10% случаев. Звучит как мелочь, но для навигации это катастрофа. Почему так происходит?
«Квазары — это своеобразные маяки для всех навигационных спутников. Если мы используем для ориентации такой «ложный маяк», появляется систематическая ошибка… Их либо нужно учитывать с поправкой, либо совсем исключить из числа опорных объектов для калибровки спутниковых систем». — Александр Попков, научный сотрудник МФТИ.
Физики выяснили причину: самая яркая область в радиодиапазоне — не центральное ядро, как считалось раньше, а участок джета. Джет — это струя плазмы, вырывающаяся из окрестностей чёрной дыры. И вот этот «ложный центр» смещает координаты. Спутник принимает за квазар яркую точку в стороне от реального ядра. Ошибка накапливается.
Микро-инструкция: как это работает (пошагово)
- Квазар излучает свет во всех диапазонах. В оптике центр — это аккреционный диск вокруг чёрной дыры.
- В радиоизлучении джет может быть ярче самого ядра — особенно если он направлен в сторону Земли.
- Телескопы видят разные «центры» для одного объекта. Оптический центр — истинный, радиоцентр — смещённый.
- Навигационные спутники используют радиоизмерения, потому что радиоволны проходят сквозь атмосферу с меньшими помехами. Получается, они ориентируются на ложную точку.
- Систематическая ошибка накапливается для 10% квазаров — это приводит к неточности в определении позиции спутников, а значит, и в GPS-координатах на земле.
Таблица: сравнение координат квазаров в разных диапазонах
| Диапазон | Объект, принимаемый за центр | Точность для навигации |
|---|---|---|
| Оптический | Аккреционный диск (ядро) | Высокая (истинный центр) |
| Радио | Яркое пятно джета (смещение) | Низкая (ложный центр) |
| Совмещение (учёт поправки) | Коррекция на смещение | Средняя (требует дополнительных данных) |
В идеале нужно использовать поправочные коэффициенты для каждого квазара. Но их пока нет для большинства объектов. Учёные предлагают пересмотреть список опорных квазаров и исключить те, у которых смещение слишком велико.
Личное наблюдение автора
Недавно я заметил, что многие водители старой школы до сих пор не доверяют навигатору, когда он ведёт в глухомань. Ирония в том, что теперь у этой недоверия появилось научное обоснование — пусть и крошечное. На практике погрешность от «врущих» квазаров составляет доли метра. Но для высокоточных применений — например, геодезии или синхронизации банковских транзакций — это уже серьёзно.
Что делать? Три варианта от автора
- Вариант 1: Исключить ненадёжные квазары — отбраковать 10% объектов с большим смещением. Просто, но теряем часть ориентиров.
- Вариант 2: Ввести поправки — для каждого квазара вычислять сдвиг между радио- и оптическим центром и использовать его как калибровку. Требует массива наблюдений.
- Вариант 3: Перейти на другие ориентиры — например, на пульсары или лазерные отражатели на Луне. Но это долгий и дорогой путь.
Российская группа уже предложила конкретный список из нескольких десятков квазаров, которые точно нельзя использовать. Работа опубликована в MNRAS. Остальные мировые навигационные службы теперь должны скорректировать свои каталоги.
Резюме от автора: Квазары перестали быть идеальными маяками. 10% из них «врут» из-за джетов. Это не повод паниковать — погрешность мала, но она есть. Инженеры уже знают, как её убрать. Главное — чтобы обновления каталогов не затянулись на годы. Иначе ваш навигатор однажды может показать «вы находитесь в соседней галактике». Шучу. Но не на 100%.
