Форма Земли

Фо́рма Земли́ — термин для обозначения формы земной поверхности. В зависимости от определения фигуры Земли устанавливаются различные системы координат в геодезии.

История

Ещё в VI в. до нашей эры Пифагор считал, что Земля имеет шарообразную форму[1]. То же открытие наиболее авторитетный автор в этом вопросе, Феофраст, отдаёт Пармениду.

Через 200 лет Аристотель доказал это, ссылаясь на то, что во время лунных затмений тень Земли всегда круглая.

Спустя ещё 100 лет Эратосфен по разнице в отклонении солнечных лучей от вертикали в полдень летнего солцестояния определил, что окружность земного шара приблизительно в 50 раз больше расстояния от Сиены до Александрии. Однако неизвестно, насколько точно в то время было измерено расстояние между этими городами[2].

То, что форма Земли должна отличаться от шара, впервые показал Ньютон. Он предположил, что она имеет форму эллипсоида и предложил следующий мысленный эксперимент. Нужно прокопать две шахты: от полюса до центра Земли и от экватора до центра Земли. Эти шахты заливаются водой. Если Земля имеет форму шара, то глубина шахт одинакова. Но на воду в экваториальной шахте действует центробежная сила, в то время как на воду в полярной шахте — нет. Поэтому для равновесия воды в обеих шахтах необходимо, чтобы экваториальная шахта была длиннее.[3]

Дальнейшее развитие теории фигуры Земли отражено в работах Гюйгенса, Кассини, Клеро, МакЛорена, д'Аламбера, Лагранжа, Лапласа, Лежандра, Якоби, Дирихле, Пуанкаре и др.

Современные представления
Отклонения геоида (модели EGM96) от идеализированной фигуры Земли (эллипсоида WGS 84). Видно, что поверхность океана расходится с эллипсоидом: например, на севере Индийского океана она понижена на ~100 метров, а на западе Тихого — поднята на ~80 метров.

В нулевом приближении можно считать, что Земля имеет форму шара со средним радиусом 6371,3 км. Такое представление нашей планеты хорошо подходит для задач, точность вычислений в которых не превышает 0,5 %. В действительности Земля не является идеальным шаром. Из-за суточного вращения она сплюснута с полюсов; высоты материков различны; форму поверхности искажают и приливные деформации.

В геодезии и космонавтике для описания фигуры Земли обычно выбирают эллипсоид вращения или геоид. С геоидом связана система астрономических координат, с эллипсоидом вращения — система геодезических координат.

По определению, геоид — это поверхность, всюду нормальная силе тяжести.[4]

Если бы Земля была целиком покрыта океаном и не подвергалась приливному воздействию других небесных тел и прочим подобным возмущениям, она имела бы форму геоида. В действительности в различных местах поверхность Земли может значительно отличаться от геоида. Для лучшей аппроксимации поверхности вводят понятие референц-эллипсоида, который хорошо совпадает с геоидом только на каком-то участке поверхности. Геометрические параметры референц-эллипсоидов отличаются от параметров среднего земного эллипсоида, который описывает земную поверхность в целом.

На практике используется несколько различных средних земных эллипсоидов и связанных с ними систем земных координат.

Названиеa, км1/fGM⊕×1014м³c−2J2×10−3Ω×10−5рад/с
WGS846378,137298,2572235633,9860044181,082637,292115
GRS806378,137298,2572221013,9860051,082637,292115
IERS966378,13649298,256453,9860044181,08263597,292115
ПЗ-906378,136298,2578393033,98600441,08262577,292115
 Здесь:
  • а — экваториальный радиус Земли;
  • f — геометрическое сжатие эллипсоида , где c — полярный радиус Земли);
  • G — гравитационная постоянная;
  • M⊕ — масса Земли;
  • J2 — динамический форм-фактор Земли;
  • Ω — угловая скорость вращения Земли.

См. также

Примечания
  1. Диоген Лаэртский. КНИГА ВОСЬМАЯ. www.psylib.ukrweb.net. Дата обращения: 22 марта 2020.
  2. Трифонов Е.Д. Как измерили Солнечную систему // Природа. — Наука, 2008. — № 7. — С. 18—24.
  3. Ещё раз о форме Земли — какая же она на самом деле? — Юный техник, № 11, 1975.
  4. В определение силы тяжести входит не только гравитационная, но и центробежная составляющая, поэтому геоид не совпадает с эквипотенциальной поверхностью чистого гравитационного поля; он, таким образом, всюду перпендикулярен не чистому вектору напряженности гравитационного поля, а отвесной линии.

Литература

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.