كيف تستطيع الهواتف الذكية تحديد موقعك الجغرافي؟

Bioinformatics and ROS for Robot Arm Specialization Courses
| Phi Science
ماريا حليمة
ماريا حليمة
June 11, 2022

على مر العصور، كان للإنسان شغفٌ ورغبةٌ دائمة في الملاحة ومعرفة موقعه في الكون. وهذا الشغف بالتحديد دفع المسافرين للتفكر في الفضاء والاستدلال بالشمس، والنجوم، والمعالم الثابتة للتنقل أثناء السفر. وبالرغم من نجاح هذه الطريقة في البداية، إلا أنها كانت عرضة للخطأ المتكرر، ولا سيّما خلال الرحلات الطويلة في البحر حيث تنحرف السفن عن مسارها أو تتأخر في الوصول لوجهتها وأحيانا قد لا تصل على الإطلاق.
فكيف لجهازٍ مثل الهاتف الذكي دور في حل هذه المشكلة؟

نظام تحديد المواقع العالمي GPS

تبدأ قصتنا من نظام تحديد المواقع العالمي أو GPS.
إنّ لكلٍ من فيزياء الكم، ونظرية أينشتاين للنسبية، والساعات الذرية الدقيقة التي تصل دقتها لمليار جزء من الثانية، دورٌ مهم في إجابة عن هذا السؤال.

يطلق على اجتماع هذه النظريات الثلاثة مع بعضها في موضع واحد اسم نظام ال GPS أو نظام تحديد المواقع العالمي.
يتكون هذا النظام من مجموعة أقمار صناعية تدور حول الأرض، وتبث وقتًا دقيقًا (بتعداد ذري) وصولاً إلى هاتفك الذكي، مما يسمح له بحساب موقعك المتغير باستمرار، حتى عند تنقلك من مكان إلى آخر.

قصة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)

استمرت طرق الملاحة في التحسن مع مرور الزمن، ولكن لم يكن لهذا التحسن أثر جليٌ حتى ليلة 4 أكتوبر 1957، حيث كان اختراع أداة الملاحة الأكثر دقة حتى الآن.

اختراع أول قمر صناعي الذي أطلق الاتحاد السوفيتي عليه اسم Sputnik

استخدم العلماء في الولايات المتحدة إشارة Sputnik المرسلة لتحديد مدارها الدقيق، فإذا تمكن العلماء من حساب مدار القمر الصناعي في الفضاء من موقع معروف على الأرض، والقيام بعكس ذلك -إذا كانوا يعرفون مدار القمر الصناعي الدقيق- فيمكنهم تحديد الموقع بالتحديد، وهو المبدأ الأساسي للنظام العالمي لتحديد المواقع.

في عام 1978، أطلقت الولايات المتحدة أول قمر صناعي تشغيلي للنظام العالمي لتحديد المواقع، وبحلول عام 1993، تم إطلاق 24 قمرًا صناعيًا يدور حول الأرض، ليكمل كوكبة النظام العالمي لتحديد المواقع.

يزن كل قمر صناعي حوالي 1900 رطل -بحجم سيارة كبيرة- ويدور حول الأرض كل 12 ساعة بشرط أن يكون كل موقع على اتصال لاسلكي مباشر بأربعة أقمار صناعية على الأقل.

في يومنا هذا، لا يزال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) يُستخدم من ملايين الأشخاص حول العالم في مجالات التكنولوجيا، سواء كان لأغراض عسكرية كتحديد مواقع القوات أثناء الحرب وحتى تحديد موقع مدنية كالمنزل أو المدرسة.

فيا عزيزي القارئ، هل عرفت الآن كيف يقوم الهاتف الذكي بمعرفة موقعك؟ انتظر هناك المزيد


لماذا من المهم معرفة "التوقيت" بالنسبة للقمر الصناعي بينما "الموقع" الجغرافي هو الأمر الذي يهمنا؟

في الحقيقة، يقوم القمر الصناعي بإرسال إشارات راديوية تسافر في الفضاء حتى تصل إلى هاتفك الذكي بسرعة الضوء.

يسجل الهاتف الذكي معاد وصول الإشارة ويستخدمها لحساب المسافة بينه وبين القمر الصناعي باستخدام معادلة:


Distance = C x time

C: سرعة الضوء.

: الوقت هو المسافة التي قطعتها الإشارة.Time

ولأننا نريد حساب المسافات على أبعاد كبيرة، فإننا نحتاج إلى استخدام أفضل ساعة تم اختراعها على الإطلاق، وهي: الساعات الذرية (Interatomic clocks).

الساعة الذرية  

تعمل الساعة الذرية بقوانين الفيزياء حيث كل الساعات هذه تمتلك ترددات ثابتة، أي أن لديها فعلًا متكررًا لتسجيل التغيير في الوقت، حيث إن دقات هذه الساعة تعتمد بشكل أساسي على الفرق في الطاقة بين مستويين من مستويات الطاقة على المستوى الذري. يظهر هذا الفرق في الطاقة على هيئة تردد مميز، هذا التردد يستخدم في معادلة يضرب بها مع ثابت بلانك ليكون بالنهاية ما نحتاجه حقيقة لعمل هذه الساعة.
لقد جعل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بيئتنا مكانًا أكثر أمانًا، يُستخدم لمساعدة الآباء في العثور على أطفالهم، كما يتم تثبيته كجهازٍ في السيارات، والهواتف المحمولة لمساعدة الأشخاص في رسم الخرائط والاتجاهات. وإمكانية استخدامه عبر هواتفنا الذكية جعل حياتنا أفضل وأسهل، وحفظ ماء وجهنا في لحظات حرجة، فلم نعد بحاجة إلى معرفة الاتجاهات شفويًا!

ماريا حليمة

طالبة في السنة الأخيرة في كلية الصيدلة، جامعة القاهرة. تلميذة وعضو في الفريق البحثي في شبكة IVPN

كيف تستطيع الهواتف الذكية تحديد موقعك الجغرافي؟

My story with Phi
Bioinformatics and ROS for Robot Arm Specialization Courses
| Phi Science
ماريا حليمة
11 يونيو 2022

على مر العصور، كان للإنسان شغفٌ ورغبةٌ دائمة في الملاحة ومعرفة موقعه في الكون. وهذا الشغف بالتحديد دفع المسافرين للتفكر في الفضاء والاستدلال بالشمس، والنجوم، والمعالم الثابتة للتنقل أثناء السفر. وبالرغم من نجاح هذه الطريقة في البداية، إلا أنها كانت عرضة للخطأ المتكرر، ولا سيّما خلال الرحلات الطويلة في البحر حيث تنحرف السفن عن مسارها أو تتأخر في الوصول لوجهتها وأحيانا قد لا تصل على الإطلاق.
فكيف لجهازٍ مثل الهاتف الذكي دور في حل هذه المشكلة؟

نظام تحديد المواقع العالمي GPS

تبدأ قصتنا من نظام تحديد المواقع العالمي أو GPS.
إنّ لكلٍ من فيزياء الكم، ونظرية أينشتاين للنسبية، والساعات الذرية الدقيقة التي تصل دقتها لمليار جزء من الثانية، دورٌ مهم في إجابة عن هذا السؤال.

يطلق على اجتماع هذه النظريات الثلاثة مع بعضها في موضع واحد اسم نظام ال GPS أو نظام تحديد المواقع العالمي.
يتكون هذا النظام من مجموعة أقمار صناعية تدور حول الأرض، وتبث وقتًا دقيقًا (بتعداد ذري) وصولاً إلى هاتفك الذكي، مما يسمح له بحساب موقعك المتغير باستمرار، حتى عند تنقلك من مكان إلى آخر.

قصة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)

استمرت طرق الملاحة في التحسن مع مرور الزمن، ولكن لم يكن لهذا التحسن أثر جليٌ حتى ليلة 4 أكتوبر 1957، حيث كان اختراع أداة الملاحة الأكثر دقة حتى الآن.

اختراع أول قمر صناعي الذي أطلق الاتحاد السوفيتي عليه اسم Sputnik

استخدم العلماء في الولايات المتحدة إشارة Sputnik المرسلة لتحديد مدارها الدقيق، فإذا تمكن العلماء من حساب مدار القمر الصناعي في الفضاء من موقع معروف على الأرض، والقيام بعكس ذلك -إذا كانوا يعرفون مدار القمر الصناعي الدقيق- فيمكنهم تحديد الموقع بالتحديد، وهو المبدأ الأساسي للنظام العالمي لتحديد المواقع.

في عام 1978، أطلقت الولايات المتحدة أول قمر صناعي تشغيلي للنظام العالمي لتحديد المواقع، وبحلول عام 1993، تم إطلاق 24 قمرًا صناعيًا يدور حول الأرض، ليكمل كوكبة النظام العالمي لتحديد المواقع.

يزن كل قمر صناعي حوالي 1900 رطل -بحجم سيارة كبيرة- ويدور حول الأرض كل 12 ساعة بشرط أن يكون كل موقع على اتصال لاسلكي مباشر بأربعة أقمار صناعية على الأقل.

في يومنا هذا، لا يزال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) يُستخدم من ملايين الأشخاص حول العالم في مجالات التكنولوجيا، سواء كان لأغراض عسكرية كتحديد مواقع القوات أثناء الحرب وحتى تحديد موقع مدنية كالمنزل أو المدرسة.

فيا عزيزي القارئ، هل عرفت الآن كيف يقوم الهاتف الذكي بمعرفة موقعك؟ انتظر هناك المزيد


لماذا من المهم معرفة "التوقيت" بالنسبة للقمر الصناعي بينما "الموقع" الجغرافي هو الأمر الذي يهمنا؟

في الحقيقة، يقوم القمر الصناعي بإرسال إشارات راديوية تسافر في الفضاء حتى تصل إلى هاتفك الذكي بسرعة الضوء.

يسجل الهاتف الذكي معاد وصول الإشارة ويستخدمها لحساب المسافة بينه وبين القمر الصناعي باستخدام معادلة:


Distance = C x time

C: سرعة الضوء.

: الوقت هو المسافة التي قطعتها الإشارة.Time

ولأننا نريد حساب المسافات على أبعاد كبيرة، فإننا نحتاج إلى استخدام أفضل ساعة تم اختراعها على الإطلاق، وهي: الساعات الذرية (Interatomic clocks).

الساعة الذرية  

تعمل الساعة الذرية بقوانين الفيزياء حيث كل الساعات هذه تمتلك ترددات ثابتة، أي أن لديها فعلًا متكررًا لتسجيل التغيير في الوقت، حيث إن دقات هذه الساعة تعتمد بشكل أساسي على الفرق في الطاقة بين مستويين من مستويات الطاقة على المستوى الذري. يظهر هذا الفرق في الطاقة على هيئة تردد مميز، هذا التردد يستخدم في معادلة يضرب بها مع ثابت بلانك ليكون بالنهاية ما نحتاجه حقيقة لعمل هذه الساعة.
لقد جعل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بيئتنا مكانًا أكثر أمانًا، يُستخدم لمساعدة الآباء في العثور على أطفالهم، كما يتم تثبيته كجهازٍ في السيارات، والهواتف المحمولة لمساعدة الأشخاص في رسم الخرائط والاتجاهات. وإمكانية استخدامه عبر هواتفنا الذكية جعل حياتنا أفضل وأسهل، وحفظ ماء وجهنا في لحظات حرجة، فلم نعد بحاجة إلى معرفة الاتجاهات شفويًا!

Bana-img

ماريا حليمة

طالبة في السنة الأخيرة في كلية الصيدلة، جامعة القاهرة. تلميذة وعضو في الفريق البحثي في شبكة IVPN

المصادر