A Busca pela Longitude, a uma década do GPS civil

1-Navigation

Somos cercados por tecnologias fabulosas, que podem por vezes combinar em uma pequena bugiganga tantos avanços e conhecimentos científicos que não surpreende que sejam consideradas mágicas. E podem ser tanto mais mágicas quanto mais simples seja sua função. Vide o caso do GPS.

Por algo ao redor de um salário mínimo é possível adquirir um aparelho que informará sua posição em praticamente qualquer ponto da superfície do planeta, atualizada a cada intervalo de segundos. Simples assim, o GPS diz onde você está. Mas mágico, porque esta simples tarefa envolve não apenas a aplicação de inúmeras áreas da ciência em um feito surpreendente de engenharia, como também reflete as complexidades da história humana.

Não iremos nos estender aqui sobre as complexidades científicas que tornam a maquininha capaz de localizá-lo com uma precisão em torno de 15 metros em um planeta com superfície de 510 milhões de quilômetros quadrados. O Carlos Orsi publicou há pouco um texto fantástico indo da Teoria da Relatividade de Einstein à poeira cósmica a 1 bilhão de anos-luz, que já deve fornecer uma boa idéia do quão incrível é a façanha: Relatividade, buracos negros e o GPS.

Nosso interesse maior aqui são as complexidades da história dos macacos que inventaram essa bugiganga, a pretexto de uma misteriosa mensagem recebida do professor José Ildefonso.

 

Vire à direita 100 metros à frente. Ou atrás.

“Neste mês de maio comemora-se o 10º aniversário do fim do SA (Selective Availability)”, ele me avisava. Muito bem, antes de seguir o link, não fazia a menor idéia do que ele estava falando. Selective Availability? Depois de visitar o link, caiu a ficha. Faz dez anos que o sistema GPS deixou de ter erros deliberados inseridos em seu sinal.

Erros deliberados? Um fabuloso sistema de navegação global derivado de testes da precisão da teoria da relatividade com relógios e medidas ultra-precisas… e temos erros deliberados?

Somos muito afortunados porque para nós, uma pequena máquina capaz de dizer com uma precisão de 15 metros ou menos aonde estamos nos parece algo útil para saber em que rua pegar o retorno, ou avisar todos no Twitter que acabamos de chegar à pizzaria, incluindo suas coordenadas no planeta. Para outras pessoas em diferentes confins do mundo uma máquina com esta capacidade é atraente ao invés para coordenar melhor ataques de guerrilha ou direcionar mísseis. Não há tantas ruas asfaltadas para se perder em, nem muitas pizzarias em tais lugares.

Há guerras neste momento, e em uma guerra, um GPS é extremamente útil. Este choque entre nossas confortáveis vidas de classe média no mundo ocidental e a realidade em outros cantos do planeta também ocorre com outras tecnologias incluindo imagens de satélite e mapeamento aéreo disponíveis pelo Google, por exemplo.

Pequeno detalhe, o sistema GPS foi criado pelo Departamento de Defesa americano e ainda é administrado pela Força Aérea gringa. Foi e é um sistema militar. Sua disponibilidade pública, civil, o que significa que poderia ser usada mesmo pelo inimigo, foi oferecida inicialmente então com uma ressalva, que era a “Selective Availability”.

Qualquer um poderia utilizar o sinal do GPS para localizar-se pelo globo, mas o sinal continha erros propositais variantes de até 100 metros. Isto tornaria seu GPS muito pouco útil pela navegar pela cidade, com erros do tamanho de um quarteirão. Também seriam menos úteis para combatentes inimigos. Receptores seletos, disponíveis apenas aos militares americanos, eram capazes de compensar o erro no sinal, que era em verdade pré-definido de acordo com chaves reservadas, podendo assim contar com a melhor precisão disponível pelo sistema.

Precisão esta que, no entanto, todos nós podemos usufruir desde 1 de Maio de 2000, quando Bill Clinton ordenou que a “Selective Availability” fosse efetivamente encerrada, com o erro introduzido sendo reduzido a zero. Por esta época, já fazia mais de uma década que a União Soviética havia se esfacelado, o GPS já estava sendo usado mesmo pela avião civil americana, e, outro pequeno detalhe, os militares americanos haviam desenvolvido técnicas para impedir que o sinal GPS seja usado em áreas seletas pelo globo, tornando efetivamente desnecessário tornar o sinal globalmente impreciso. Eles podem “desligá-lo” nas em áreas determinadas quando desejarem.

Se Orsi o lembrou de sinais a um bilhão de anos-luz de certa forma determinando a posição precisa da sua seta no GPS, 100nexos quer lembrá-lo também de como macacos pelados sempre podem encontrar usos terríveis para algo à primeira vista tão singelo quanto dizer “vire à direita para chegar ao seu destino”. Complicados, esses humanos.

 

Pombos e Longitude

Antes do advento da tecnologia espacial – e tantas outras tecnologias – que permitiram o desenvolvimento do sistema GPS, localizar-se pelo planeta não era mesmo tarefa fácil. Volte apenas algumas décadas, e temos uma fantástica ilustração de como mísseis inteligentes se guiavam antes do GPS, antes da miniaturização de componentes eletrônicos: o famoso psicólogo behaviorista B.F. Skinner, famoso por treinar e experimentar com pombos, chegou a treinar e desenvolver pombos capazes de guiar mísseis na Segunda Guerra.

Na imagem abaixo, um protótipo, os três receptáculos são espaço reservado para três pombos saírem bicando o caminho do míssil em direção ao alvo através de pequenas telas. Usariam três pombos para que, combinados, o erro fosse menor. Era o “Projeto Pomba”. E não, esta não é uma piada.

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Mísseis guiados por pombos. Só não seriam algo pior do que mísseis guiados por seres humanos, como os Kamikazes japoneses. Um sistema GPS fez muita falta.

Voltemos mais alguns séculos, e o problema de localizar-se pelo mar durante a era das Grandes Navegações, da expansão mercantil, era ainda mais vital. Não apenas em guerras, mas simplesmente para cruzar os oceanos pacificamente, incontáveis vidas foram perdidas em navios deparando-se inesperadamente com terra, ou andando em círculos no mar.

Pois bem, com seus primitivos instrumentos, a bordo de navios sacolejando, marinheiros podiam determinar com alguma precisão a sua latitude, isto é, quanto ao norte ou sul estavam. Bastava uma olhada na elevação das estrelas, do Sol. Grosso modo, no equador o Sol estaria a pino, próximo dos pólos, estará baixo no horizonte.

grid

O problema maior, muito maior, er
a descobrir a longitude. Um problema que levou séculos para ser solucionado, e pode ser considerado sem exagero um dos mais importantes problemas científicos do século XVIII. É simples entender a dificuldade: a Terra está girando. Não bastam observações astronômicas simples como as da latitude. A longitude não é medida como a distância ao equador ou aos pólos, e sim como a distância ao meridiano zero que passa pelo Observatório de Greenwich, Inglaterra. Algo um tanto arbitrário, mas há um motivo para isso.

Quem finalmente solucionou o problema da longitude foi um inglês, foi John Harrison. Um relojoeiro auto-didata que dedicou praticamente toda sua vida a solucionar o problema da longitude, ao qual o Parlamento Britânico ofereceu um prêmio de milhões – e que Harrison, apesar de tê-lo solucionado, acabou nunca ganhando oficialmente. É uma biografia das mais incríveis na história da tecnologia, incluindo Isaac Newton declarando que a idéia de Harrison jamais teria frutos, e momentos de grande tensão e expectativa enquanto as tentativas de Harrison eram testadas.

A leitura imperdível sobre a história do problema da longitude e os percalços e a vitória de John Harrison é o livro “Longitude”, de Dava Sobel, que dramatiza levemente as aventuras, que são contudo em sua essência completamente reais. A história de Harrison também foi dramatizada em um seriado homônimo, “Longitude”, e em um documentário da PBS americana, “Lost at Sea: The Search for Longitude”, todos fascinantes.

Aos interessados pelos feitos técnicos de Harrison, confira suas invenções como o “escape gafanhoto” ou o simples e engenhoso pêndulo Gridiron, combinando metais diferentes para que a dilatação por calor não afetasse o comprimento final do conjunto. Harrison também utilizou inovações como rolamentos em seus mecanismos em busca da máxima precisão na medida do tempo.

Porque Harrison solucionou o problema da longitude com um relógio. Ou melhor, vários relógios. Vários dos mais precisos relógios já construídos até então, com uma precisão de frações de segundo ao dia, mesmo em condições adversas a bordo de navios cruzando os trópicos. De posse de um relógio preciso, bastaria comparar a hora local com aquela de um meridiano conhecido, geralmente Greenwich, para descobrir sua longitude.

Sabemos, por exemplo, que quando aqui é meio-dia, no Japão, nosso antípoda, é meia-noite do dia seguinte. São doze horas de diferença. O inverso também vale: caso não soubéssemos em que longitude estamos, e descobríssemos que nossa hora local difere doze horas daquela no Japão, saberíamos que estamos do outro lado do planeta em relação ao Japão. Saberíamos nossa longitude, saberíamos nossa posição, usando um relógio. A Terra girar se tornava finalmente algo a favor da medida de longitude.

 

Espaço-Tempo

Definir nossa posição no espaço através do registro preciso do tempo. Como o sistema GPS viria a demonstrar de vez, testando e aplicando mesmo a Teoria da Relatividade, estes dois conceitos fundamentais estão intrinsecamente relacionados. Não é um mero recurso adicional pedido pelo cliente que todos aparelhos receptores de GPS também registrem horário. O registro da hora com precisão absurda continua sendo, como era com os relógios de Harrison, algo fundamental para localizá-lo pelo planeta.

A relação intrínseca entre espaço e tempo se traduz na constante fundamental da velocidade da luz, a razão absoluta e imutável da distância percorrida por um fóton em um determinado período de tempo. Idéias das mais revolucionárias e fundamentais à física moderna, aplicadas em uma máquina em seu bolso, para uma precisão de metros, que foi contudo inicialmente disponibilizada com uma imprecisão deliberada para que macacos pelados não a usassem contra os macacos pelados que criaram tal tecnologia.

Finalmente, há dez anos, completados este mês, nós podemos usufruir de toda esta tecnologia, de toda esta ciência, de toda esta história para Twittar nossa latitude… e longitude.

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Discussão - 7 comentários

  1. João Carlos disse:

    A respeito de longitudes e o que passa por “ciência”, recomendo “A Ilha do Dia Anterior” de Umberto Eco.

  2. VitorGGA disse:

    O lance dos relógio é tão simples, nossa, prq será q eu não nasci antes? uhshshsuhss, qm dera fosse assim as coisas…

  3. Jorge Oliveira disse:

    Matéria interessantíssima !
    Apenas lembrando, quanto a
    “…Mísseis guiados por pombos. Só não seriam algo pior do que mísseis guiados por seres humanos, como os Kamikazes japoneses.”
    Meu comentário:
    Isto foi perversamente irônico, pois quem guiou o pior míssil não foi exatamente “os japoneses”…

  4. Reforço a recomendação do João Carlos. Excelente o livro de Umberto Eco.

  5. SubHeaven disse:

    “100nexos quer lembrá-lo também de como macacos pelados sempre podem encontrar usos terríveis para algo à primeira vista tão singelo quanto dizer “vire à direita para chegar ao seu destino”.”
    Cara… Eu sou muito fã desse blog. Parabéns.

  6. Franciscano disse:

    Errr, acho que a matéria, apesar de interessante, abordou o assunto de modo bem superficial. Se bastasse um relógio preciso para cálculo da distância percorrida no mar o problema da longitude teria sido resolvido muitos anos antes. O deslocamento de uma embarcação no mar está sujeito a variáveis inúmeras e imprecisas que não permitem uma dedução da distância percorrida no espaço longitudinal da Terra apenas com cronometros de precisão. Mas valeu por abordar algo tão pouco debatido e conhecido. Também recomendo a Ilha do Dia Anterior, do Eco. Nada, nada, é um ótimo romance.

  7. Franciscano disse:

    Ops, falei besteira em meu post anterior mas como não saiu ainda pode ser corrigido: sim, parece que basta um relógio preciso para saber a lomgitude desde que comparada a hora de saída do porto de partida com a posição do Sol no local em que se está e as horas indicadas no relógio de “precisão”.
    Abraços

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