Über Burger und schwarze Löcher

Als ich das erste Mal bewusst Kontakt mit GPS hatte, dachte ich, mein Gerät verbindet sich irgendwie mit einem Satelliten und der teilt meinem Gerät dann dessen Position mit. Schnell habe ich gelernt, dass es so nicht funktioniert und ein kleines bisschen komplizierter ist.

Nachdem du nach einem langen Arbeitstag endlich zu Hause angekommen bist, entscheidest du dich dafür, heute nur noch einen Burger zu bestellen, Netflix anzuschmeißen und den Tag, Tag sein zu lassen. Und dann sitzt du auf dem Sofa und machst diesen einen Move. Du weißt schon.

Alle zwei Minuten nimmst du das Handy in die Hand und prüfst den Status deiner Bestellung. Wenn der Burger endlich fertig ist, packt ihn ein wahrscheinlich ziemlich schlecht bezahlter Lieferant in seine Tasche, schwingt sich aufs Rad und fährt zu dir. Das ist der Moment, ab dem du deinen Burger live in der App verfolgen kannst.

Der Fahrer hat deine Adresse wahrscheinlich direkt über die App erhalten. Vor 20 Jahren hätte er sich noch ziemlich gut in der Stadt auskennen müssen, um zu wissen, wie er am schnellsten zu dir kommt. Wahrscheinlich wäre eine Faltkarte involviert gewesen und die Chance, einen wirklich frischen, warmen Burger zu bekommen, wäre weitaus geringer gewesen als heutzutage.

Denn heutzutage hat der Fahrer nicht nur deine Adresse, die App wird ihm auch die schnellste Route zu dir zeigen. Und dazu nutzt sie GPS. Du hast eine feste Position, aber der Fahrer natürlich nicht. Also muss die Maps-App ständig die aktuelle Position ermitteln und dann wieder den schnellsten Weg zu dir nach Hause berechnen.

Nachdem ich gelernt habe, dass meine GPS-App sich nicht nur mit einem Satelliten verbindet, dachte ich, dass sie mit einer Triangulation arbeitet. Ich habe gelernt, dass mindestens drei Satelliten über mir sein müssen. Ist der Abstand zu jedem Satelliten bekannt, lässt sich daraus meine Position triangulieren, indem man quasi Linien von jedem Satelliten aus zieht, und dort, wo sie sich kreuzen, befindet man sich.

Und ich dachte, die Position der Satelliten ergibt sich durch die Signalstärke. Ist das Signal schwach, ist der Satellit weit weg, ist es stärker, ist er eher näher.

Nun, ziemlich naiv.

Triangulation spielt in der Tat eine gewisse Rolle bei der Ermittlung meiner Position, aber es ist weitaus komplexer. Um eine wirklich genaue Position zu bekommen, braucht es zunächst mal mindestens vier Satelliten. Da gibt es einige dieser magischen mathematischen Formeln, und um diese auflösen zu können, braucht es mindestens vier Satelliten.

Ich habe außerdem gelernt, dass die Signalstärke keine Rolle spielt. Stattdessen sendet jeder Satellit seine aktuelle Position über der Erde und seine Zeit. Diese Informationen können nun in die Formeln eingefügt und damit berechnet werden, wo sich mein Burger gerade befindet.

Aber es gibt da ein Problem! Die Positionsdaten der Satelliten könnten nach einiger Zeit in seiner Laufbahn ungenau sein. Selbst kleine Abweichungen könnten dann dazu führen, dass dein Burger nicht bei dir, sondern beim Nachbarn ankommt.

Erinnerst du dich noch an diese alten analogen Standuhren mit dem nervtötenden Ticken? Die funktionieren ziemlich gut, aber nach einiger Zeit weicht die Zeit immer mehr von der eigentlichen Zeit ab. Gelegentlich muss man die Uhr deshalb nachstellen, ansonsten verpasst du deinen Bus, triffst niemals deine große Liebe, verlierst deinen Job, weil du mal wieder zu spät kommst, und kannst dir keinen Burger mehr leisten.

Scheint so, als gäbe es mit den Satelliten ein ähnliches Problem. Sie fliegen nicht gleichförmig genug, um sich auf die initial eingespeiste Position verlassen zu können. Um also stets ihre korrekte Position zu kennen, muss sie nachgestellt werden. Wie die alte Uhr.

Dafür bedarf es einiger Bodenstationen. Mindestens zwei. Diese Bodenstationen bewegen sich nicht und kennen deshalb ihre feste Position. Sobald ein Satellit sie überfliegt, können sie ihm deshalb seine aktuelle Position mitteilen und ihn gewissermaßen nachstellen. Immer und immer wieder. Problem gelöst!

Oder auch nicht … Denn die Erde bewegt sich auch nicht so ganz gleichmäßig, sie schlingert. Außerdem bewegt sich der Boden, auf dem die Stationen stehen. Die Kontinentalplatten verschieben sich die ganze Zeit über leicht. Das bedeutet, dass die Bodenstationen doch keine feste Position haben! Selbst diese minimalen Abweichungen durch die Verschiebung der Kontinentalplatten reichen aus, um große Abweichungen bei der Positionsbestimmung auszulösen. Die Position der Bodenstation muss extrem genau sein, ist sie aber eben nicht, weil sich eben alles bewegt!

Was jetzt?

Ich habe ja geschrieben, es braucht zwei Bodenstationen. Das ist der Fall, weil wir auch die Bodenstationen kalibrieren und dazu ihre Positionen berechnen müssen.

Nicht nur die Positionsdaten der Satelliten müssen also regelmäßig nachgestellt werden, sondern auch die der Bodenstationen.

Der Weltraum. Unendliche Weiten. Wir schreiben das Jahr 2026, vor Millionen von Jahren ist vermutlich irgendwo da draußen ein Stern explodiert. Wir wissen nicht genau, warum, vermutlich aber, weil ein Burger an die falsche Position geliefert wurde und die Lage eskalierte. Es gab eine große Explosion und wo früher der Stern war, ist nun ein massives schwarzes Loch. Ein spezielles schwarzes Loch, ein Quasar, das pulsiert und jedes Mal ein Radiosignal ins Weltall pustet. Und es stellt sich heraus: Es gibt da draußen so einige Quasare.

Diese Quasare strahlen Radiosignale ins All und diese Signale erreichen irgendwann auch die Erde und damit die Bodenstationen. Die Radiosignale erreichen eine der beiden Stationen früher als die andere. Dazwischen können Nanosekunden liegen. Aber diese Differenz macht es möglich, die genaue Position der Bodenstationen zu berechnen.

Damit ist der Kreis geschlossen! Und um ehrlich zu sein: Ich hatte von Anfang an recht, als ich dachte, die Signalstärke spielt eine Rolle. So ein wenig vielleicht?

Aber nun kennen die Bodenstationen ihre genaue Position, können den Satelliten ihre genaue Position mitteilen, die dann dem Fahrer unseres Burgers seine genaue Position mitteilen können.

Also wenn das nächste Mal ein Fahrer vor deiner Tür steht und dir einen frischen Burger bringt, solltest du ihm nicht nur ein großes Trinkgeld geben, sondern auch kurz innehalten und daran denken, dass dieser Burger nur so warm bei dir ankommen konnte, weil da draußen im All schwarze Löcher existieren, die Radiosignal ins All schießen. Also im Grunde navigieren wir auch mit unseren modernen Geräten immer noch nach den Sternen.

Guten Appetit!