Mở bản đồ trên điện thoại, chỉ vài giây sau đã thấy một chấm xanh nhỏ nằm đúng con phố mình đang đứng. Nhiều người dùng tính năng này mỗi ngày mà ít khi tự hỏi: chiếc điện thoại nằm gọn trong lòng bàn tay làm cách nào biết được mình đang ở đâu trên cả trái đất rộng lớn này?
Điện thoại không “nhìn” thấy bạn, nó đang “nghe”
Câu trả lời chính nằm ở hệ thống định vị vệ tinh, quen thuộc nhất là GPS (Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu) của Mỹ. Trên quỹ đạo cao khoảng 20.000 km có vài chục vệ tinh GPS liên tục bay quanh trái đất. Mỗi vệ tinh mang theo đồng hồ nguyên tử cực kỳ chính xác và không ngừng phát đi một tín hiệu đại ý: “Tôi là vệ tinh số này, đang ở vị trí này, và bây giờ là đúng thời điểm này.”
Có một chuyện khá thú vị là điện thoại của bạn chỉ nhận tín hiệu ấy, chứ không gửi gì ngược lên vệ tinh. Nó giống như người đứng giữa cánh đồng nghe tiếng chuông từ nhiều ngôi chùa vọng lại, rồi tự đoán mình đang đứng ở đâu.
Đo khoảng cách bằng… thời gian
Tín hiệu vệ tinh đi với tốc độ ánh sáng, khoảng 300.000 km mỗi giây. Khi nhận được tín hiệu, điện thoại so thời điểm phát ghi trong tín hiệu với thời điểm nhận, từ đó tính ra tín hiệu đã bay bao lâu, rồi suy ra mình cách vệ tinh bao xa.
Biết khoảng cách tới một vệ tinh thì mới chỉ biết mình nằm đâu đó trên một mặt cầu khổng lồ. Biết khoảng cách tới ba vệ tinh, các mặt cầu ấy cắt nhau và thu hẹp vị trí lại còn một điểm. Nhưng trên thực tế điện thoại cần ít nhất bốn vệ tinh. Vệ tinh thứ tư dùng để “sửa giờ” cho chính chiếc điện thoại, vì đồng hồ trong máy không thể chính xác như đồng hồ nguyên tử. Phương pháp này gọi là đo ba cạnh (trilateration), tức là xác định vị trí dựa vào khoảng cách chứ không phải góc nhìn.
Thoạt nhìn chuyện lệch vài phần triệu giây có vẻ chẳng đáng gì, nhưng với tốc độ ánh sáng, chỉ một phần triệu giây sai lệch đã tương đương khoảng 300 mét trên mặt đất. Đủ để chấm xanh nhảy sang tận khu phố bên cạnh.
Không chỉ có vệ tinh
Nếu chỉ dựa vào vệ tinh, điện thoại có thể mất khá lâu mới “bắt” được vị trí, và gần như bó tay khi ở trong nhà, dưới hầm. Vì vậy điện thoại hiện đại thường kết hợp thêm nhiều nguồn:
Mạng di động: biết máy đang kết nối với trạm phát sóng nào giúp khoanh vùng sơ bộ, đồng thời tải sẵn dữ liệu quỹ đạo vệ tinh để định vị nhanh hơn. Kỹ thuật này thường gọi là A-GPS (GPS có hỗ trợ).
Wi-Fi xung quanh: các điểm phát Wi-Fi có vị trí tương đối cố định, nên chỉ cần “nghe” thấy những mạng nào, điện thoại có thể đối chiếu với cơ sở dữ liệu để đoán mình đang ở đâu, kể cả trong toà nhà.
Cảm biến trong máy: la bàn điện tử, cảm biến chuyển động giúp biết bạn đang quay về hướng nào, đi nhanh hay chậm.
Điều thú vị: vệ tinh phải tính cả thuyết tương đối
Điều đáng nói là đồng hồ trên vệ tinh và đồng hồ dưới mặt đất không chạy cùng nhịp. Theo thuyết tương đối của Einstein, vật chuyển động nhanh thì thời gian trôi chậm hơn một chút, còn ở nơi trọng lực yếu (trên cao) thì thời gian lại trôi nhanh hơn. Cộng hai hiệu ứng lại, đồng hồ trên vệ tinh GPS chạy nhanh hơn dưới đất khoảng 38 phần triệu giây mỗi ngày. Nghe thì nhỏ, nhưng nếu không hiệu chỉnh, sai số vị trí sẽ tích lũy lên tới hàng km chỉ sau một ngày. Hiếm có thứ gì cho thấy một lý thuyết vật lý “trừu tượng” lại gắn với đời sống hằng ngày rõ như thế.
Ngoài GPS của Mỹ, nhiều điện thoại hiện nay còn nhận tín hiệu từ GLONASS (Nga), Galileo (châu Âu) và BeiDou (Trung Quốc). Càng nhiều vệ tinh “nghe” được, vị trí càng nhanh và chính xác hơn.
Có thể áp dụng gì?
Hiểu cách định vị hoạt động, ta sẽ dùng nó khéo hơn. Khi chấm xanh nhảy lung tung, hãy ra chỗ thoáng, tránh đứng sát nhà cao tầng, vì tín hiệu vệ tinh dễ bị che chắn và dội lại. Bật Wi-Fi (kể cả không kết nối mạng nào) thường giúp định vị trong nhà tốt hơn. Và vì GPS chỉ nhận tín hiệu, bản thân nó không “báo” vị trí của bạn cho ai; chính các ứng dụng mới là nơi gửi vị trí đi. Thỉnh thoảng nên vào phần cài đặt quyền riêng tư, xem ứng dụng nào đang được phép biết bạn ở đâu và tắt bớt những quyền không cần thiết.
Tóm lại
Điện thoại biết bạn ở đâu không phải nhờ phép màu, mà nhờ đo xem tín hiệu từ ít nhất bốn vệ tinh mất bao lâu để bay tới, rồi được Wi-Fi và mạng di động hỗ trợ thêm. Một chấm xanh nhỏ trên màn hình là kết quả của đồng hồ nguyên tử, tốc độ ánh sáng và cả thuyết tương đối cùng làm việc.
TuyetKy.com chúc bạn mỗi ngày biết thêm một điều thú vị!
