Vì sao kinh tuyến 0 trên GPS lệch khỏi vạch Greenwich 102 mét?

Đứng tại Đài thiên văn Hoàng gia ở Greenwich, bạn có thể thấy những vạch đánh dấu kinh tuyến gốc mà nhiều bản đồ thế giới vẫn nhắc đến. Nhưng nếu bật GPS, thiết bị có thể chỉ 0 độ kinh đông ở một vị trí cách đó khoảng 102 mét về phía đông. Đây không phải là lỗi đơn giản của điện thoại. Hai điểm này thuộc về hai cách xác lập kinh tuyến khác nhau: một cách dựa trên kính thiên văn và phép đo thế kỷ 19, cách kia dựa trên hệ quy chiếu hiện đại cùng quan sát vệ tinh. [1]

Kinh tuyến gốc bắt đầu từ đâu?

Kinh tuyến là những đường tưởng tượng chạy từ cực Bắc đến cực Nam, dùng để đo vị trí về phía đông hoặc phía tây. Khác với xích đạo, vốn được xác định từ vị trí tương đối với hai cực, kinh tuyến 0 không phải một đường tự nhiên mà Trái Đất buộc con người phải tìm ra. Nó là điểm khởi đầu được chọn theo thỏa thuận. [1]

Năm 1884, Hội nghị Kinh tuyến Quốc tế tại Washington, D.C. chọn đường đi qua kính thiên văn ở Đài thiên văn Hoàng gia Greenwich làm kinh tuyến 0. Lựa chọn này có tính thực dụng: nhiều hải đồ và múi giờ khi đó đã dùng Greenwich làm mốc. Việc giữ một mốc quen thuộc giúp các hệ thống hàng hải, thời gian và bản đồ không phải thay đổi đồng loạt. [1]

Vì vậy, vạch tại Greenwich có ý nghĩa lịch sử và quy ước rất rõ. Nó đánh dấu nơi một hệ thống đo đạc được thống nhất, chứ không phải một “đường rãnh” vật lý chạy xuyên qua mặt đất. Khi thiết bị hiện đại chỉ sang một vị trí khác, điều đó không xóa bỏ vai trò của vạch Greenwich; nó cho thấy tiêu chuẩn kỹ thuật đã thay đổi. [1]

Vì sao phép đo cũ không trùng phép đo mới?

Khi xác định kinh tuyến bằng kính thiên văn và các phép đo trên mặt đất, các nhà khoa học thế kỷ 19 chưa tính đầy đủ đến những biến thiên trọng lực tại từng khu vực. Họ cũng chưa có mô hình chính xác về hình dạng hơi bị ép của Trái Đất. Hai yếu tố này ảnh hưởng đến cách xác định phương thẳng đứng và vị trí của một đường kinh tuyến trong hệ đo đạc cổ điển. [1]

Có thể hình dung bằng một ví dụ đời thường: nếu dùng một dây dọi để xác định hướng “thẳng xuống”, ta thường xem nó chỉ chính xác vào tâm Trái Đất. Nhưng trong thực tế đo đạc, phân bố vật chất và trọng lực tại địa phương có thể làm hướng tham chiếu ấy khác đôi chút so với hướng suy ra từ một mô hình hình học toàn cầu. Ví dụ này chỉ nhằm minh họa sự khác nhau giữa phép đo tại chỗ và hệ quy chiếu toàn cầu, không phải bằng chứng về riêng khu vực Greenwich.

Sai khác 102 mét vì thế không nên được hiểu là kính thiên văn đã đặt nhầm vị trí. Kính thiên văn đã xác lập mốc theo điều kiện quan sát và phương pháp của thời đó. Vấn đề nằm ở chỗ mốc ấy được chuyển sang một hệ tọa độ toàn cầu hiện đại bằng những tiêu chuẩn khác. [1]

GPS đang đo điều gì?

GPS xác định vị trí bằng thời gian. Các vệ tinh mang đồng hồ nguyên tử và phát tín hiệu vô tuyến có dấu thời gian rất chính xác. Vì tín hiệu truyền với tốc độ không đổi, hệ thống có thể ước tính khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu từ thời gian tín hiệu di chuyển. Nhiều tín hiệu từ các vệ tinh được kết hợp để tính vị trí của máy thu trên bề mặt Trái Đất. [1]

Điểm quan trọng là GPS không cố tìm lại chiếc kính thiên văn ở Greenwich. Nó dùng một hệ quy chiếu được xây dựng để mô tả kinh tuyến bằng các phép đo vệ tinh và mô hình toàn cầu. Trong hệ này, kinh tuyến 0 gắn với Kinh tuyến Tham chiếu Quốc tế, thường gọi là International Reference Meridian, hay IRM. [1]

Do đó, khi điện thoại hiện 0 độ kinh độ, nó đang nói rằng vị trí hiện tại nằm trên kinh tuyến 0 của hệ quy chiếu GPS. Con số ấy không nhất thiết chỉ đúng vào vạch lịch sử trong khuôn viên Greenwich. Hai mốc cùng phục vụ việc đo kinh độ, nhưng chúng không được tạo ra từ cùng một phương pháp. [1]

IRM khác kinh tuyến Greenwich ra sao?

Kinh tuyến gốc đi qua Greenwich là một mốc cố định về mặt lịch sử: nó gắn với vị trí của kính thiên văn và các dấu đánh dấu tại đài thiên văn. Ngược lại, IRM được xác lập trong thập niên 1980 như vị trí chính xác hơn của kinh tuyến 0 trong hệ quy chiếu hiện đại. [1]

Điểm khác nữa là IRM không được xem như một vị trí bất biến tuyệt đối trên mặt đất. Hệ quy chiếu này có thể tiếp tục dịch chuyển khi bề mặt Trái Đất thay đổi. Cách diễn đạt đó phản ánh một thực tế quan trọng của đo đạc hiện đại: tọa độ không chỉ phụ thuộc vào nơi ta đứng, mà còn phụ thuộc vào mô hình và mốc tham chiếu được dùng để mô tả nơi ấy. [1]

Vì vậy, tên gọi “kinh tuyến 0” không đủ để nói hai đường có trùng nhau hay không. Muốn so sánh, phải hỏi thêm: đó là kinh tuyến lịch sử tại Greenwich, hay kinh tuyến 0 trong hệ quy chiếu vệ tinh? Khi câu hỏi được đặt đúng, khoảng lệch 102 mét trở thành sự khác biệt giữa hai chuẩn đo lường, thay vì một nghịch lý địa lý. [1]

Khoảng lệch ấy có ý nghĩa gì với người dùng?

Với người tham quan, khác biệt này chủ yếu là một chi tiết thú vị tại nơi giao nhau giữa lịch sử khoa học và công nghệ định vị. Một chiếc điện thoại thông thường có độ chính xác vị trí khoảng vài mét trong điều kiện phù hợp, nên người dùng vẫn có thể thấy tọa độ dao động quanh điểm GPS hiển thị. Con số trên màn hình không phải lúc nào cũng là một dấu chấm bất động. [1]

Trong những công việc cần độ chính xác cao hơn, dữ liệu từ các trạm GPS tham chiếu hoạt động liên tục có thể được xử lý để cho kinh độ chính xác đến vài centimet. Điều này cho thấy GPS không chỉ là tính năng trên điện thoại. Nó là một mạng lưới đo thời gian, tín hiệu và tọa độ được tổ chức để duy trì một hệ quy chiếu nhất quán. [1]