L’orologio atomico, il metronomo naturale del GPS

Come fa il navigatore nel nostro smartphone a sapere dove ci troviamo con una precisione di pochi metri? Questo calcolo non è solo una questione di spazio ma anche di tempo.Per calcolare una posizione a Terra, i sistemi di navigazione satellitare come il GPS sfruttano satelliti con a bordo una delle tecnologie più precise mai costruite, l’orologio atomico. Che cos’è l’orologio atomicoA differenza di un orologio tradizionale, che si basa sulle oscillazioni di un pendolo o di un cristallo di quarzo, un orologio atomico misura il tempo utilizzando le oscillazioni estremamente regolari di un particolare atomo, usato come un metronomo naturale, il più preciso e accurato riferimento temporale a noi noto.Come funziona Gli atomi è come se avessero un “ticchettio” incorporato, piccolissime vibrazioni regolari che dipendono dal passaggio degli elettroni da un livello energetico a un altro.Lo stato energetico di un atomo, quindi la posizione degli elettroni, può essere alterato e controllato sottoponendolo a una radiazione elettromagnetica con una frequenza ben precisa. Per questo motivo, gli orologi atomici sfruttano le microonde o frequenze ottiche per sollecitare particolari atomi e monitorare così le oscillazioni altamente regolari generate. Il risultato è ottenere un riferimento estremamente stabile per contare il tempo.Orologio atomico e Gps La capacità di misurare il tempo con estrema precisione e accuratezza degli orologi atomici risulta fondamentale per il calcolo di una posizione per i sistemi di navigazione. I satelliti Gps con a bordo orologi atomici trasmettono verso Terra segnali che includono la propria posizione nello spazio ma anche l’istante esatto in cui questi sono stati inviati. Misurando il tempo impiegato da tali segnali per raggiungere un ricevitore, questo è in grado di calcolare la sua distanza da ciascun satellite. Grazie al principio della trilaterazione, agganciando tre satelliti Gps il ricevitore riesce quindi a determinare la sua posizione a Terra. Ma è necessario anche un quarto satellite di controllo, per confrontare tutte le misure spaziali e temporali e correggere eventuali errori, ottenendo così una posizione precisa.Perché è importanteGli orologi atomici rendono possibile non solo la navigazione quotidiana, ma anche la sincronizzazione globale di Internet, delle reti di telecomunicazione e dei mercati finanziari. Una tecnologia fondamentale che, misurando l'infinitamente piccolo, permette la connessione dei sistemi terrestri e delle attività umane.