Наша планета є однією з 9, які обертаються навколо Сонця. Ще в давні часи з`явилися перші уявлення про те, якими є форма і розміри Землі.
Як змінювалися уявлення про форму Землі?
Античні мислителі (Аристотель - 3 ст. До н. Е., Піфагор - 5 ст. До н. Е. І ін.) Ще багато століть тому висловлювали думку про те, що наша планета має кулясту форму. Аристотель (на фото нижче), зокрема, вчив слідом за Евдоксом, що є центром Всесвіту Земля куляста. Доказ цього він бачив у характері, який мають місячні затемнення. При них відкидається нашою планетою на Місяць тінь має округлу форму по краях, що можливо лише за умови кулястості.
Проведені в наступні століття астрономічні і геодезичні дослідження дали нам можливість судити, які в дійсності форма і розміри Землі. Сьогодні про те, що вона кругла, знають від малого до великого. А були ж часи в історії, коли вважалося, що планета Земля пласка. Сьогодні завдяки прогресу науки ми вже не сумніваємося в тому, що вона саме кругла, а не плоска. Незаперечний доказ цього - космічні фотознімки. Кулястість нашої планети призводить до того, що земна поверхня нагрівається нерівномірно.
Але ж насправді форма Землі не зовсім така, як ми звикли думати. Цей факт відомий ученим, і він використовується в даний час для вирішення завдань в галузі супутникової навігації, геодезії, космонавтики, астрофізики і інших суміжних науках. Вперше думка про те, яка в дійсності форма Землі, висловив Ньютон на рубежі 17-18-го ст. Він теоретично обгрунтував припущення про те, що наша планета під впливом на неї сили тяжіння повинна бути стиснута в напрямку осі обертання. А це означає, що форма Землі являє собою або сфероїд, або еліпсоїд обертання. від кутової швидкості обертання залежить ступінь стиснення. Тобто чим тіло обертається швидше, тим воно сплющується більше біля полюсів. Цей вчений виходив з принципу всесвітнього тяжіння, а також з припущення однорідної рідкої маси. Він допускав, що Земля є стислим еліпсоїдом, і визначав, в залежності від швидкості обертання, розміри стиснення. Через деякий час Маклорен довів, що якщо наша планета є стислим біля полюсів еліпсоїдом, то рівновага покривають Землю океанів дійсно забезпечено.
Чи можна вважати, що Земля кругла?
Якщо планета Земля буде розглядатися здалеку, вона буде здаватися практично ідеально круглої. Спостерігач, якому велика точність вимірювань не важлива, може цілком вважати її такою. середній радіус Землі в цьому випадку становить 6371,3 км. Але якщо ми, прийнявши за ідеальний куля форму нашої планети, станемо робити точні вимірювання різних координат точок на поверхні, у нас нічого не вийде. Справа в тому, що наша планета - це не ідеально кругла куля.
Різні способи опису форми Землі
Форма планети Земля може бути описана двома основними, а також декількома похідними способами. Вона може бути прийнята в більшості випадків або за геоид, або за еліпсоїд. Цікаво, що математично легко описується другий варіант, а от перший принципово ніяк не описується, оскільки для визначення точної форми геоїда (а отже, і Землі) здійснюються практичні виміри гравітації в різних точках поверхні нашої планети.
еліпсоїд обертання
Все зрозуміло з еліпсоїдом обертання: фігура ця нагадує кулю, який знизу і зверху приплюснуть. Те, що форма Землі - еліпсоїд, цілком зрозуміло: відцентрові сили виникають через обертання нашої планети на екваторі, тоді як їх немає на полюсах. В результаті обертання, а також відцентрових сил Земля "розповніла": діаметр планети по екватору більше приблизно на 50 км, чим полярний.
Особливості фігури під назвою "геоид"
Вкрай складна фігура - геоїд. Вона існує лише теоретично, проте на практиці її не можна ні помацати, ні побачити. Можна уявити собі геоид у вигляді поверхні, сила земного тяжіння в кожній точці якої спрямована строго вертикально. Якби наша планета була правильним кулею, заповненим рівномірно якою-небудь речовиною, то схил в будь-який її точці дивився б в центр кулі. Але ситуація ускладнюється тим, що неоднорідною є щільність нашої планети. В одних місцях є важкі гірські породи, в інших порожнечі, гори і западини розкидані по всій поверхні, так само нерівномірно розподілені рівнини і моря. Все це змінює в кожній конкретній точці гравітаційний потенціал. У тому, що форма земної кулі - геоїд, винен також ефірний вітер, який обдуває нашу планету з півночі.
Хто вивчав геоїда?
Відзначимо, що саме поняття "геоїд" було введено Йоганном Листингом (на фото нижче), фізиком і математиком, в 1873 році.
Під ним, що означає в перекладі з грецького "вид Землі", малася на увазі фігура, утворена поверхнею Світового океану, а також морів, які зв`язані з ним, при середньому рівні води, відсутності збурень від припливів, течій, а також різниць атмосферного тиску і т. П . Коли говорять про те, що над рівнем моря така-то висота, це означає висоту від поверхні геоїда в цій точці земної кулі, не дивлячись на те що в цьому місці немає ніякого моря, а воно знаходиться за кілька тисяч кілометрів від нього.
Неодноразово уточнювалося згодом поняття геоїда. Так, радянський вчений М. С. Молоденський створив свою теорію визначення гравітаційного поля і фігури Землі за вимірюваннями, виконаним на її поверхні. Для цього він розробив особливий прилад, що вимірює силу тяжіння - пружинний гравіметр. Саме він запропонував також використання квазігеоїда, який визначається за значеннями, що приймається потенціалом сили тяжіння на поверхні Землі.
Детальніше про геоїде
Якщо гравітацію виміряти в 100 км від гір, то схил (тобто грузик на нитці) стане відхилятися в їх сторону. Таке відхилення від вертикалі нашому оку непомітно, проте легко виявляється приладами. Подібна картина спостерігається скрізь: відхилення схилу десь більше, десь вони менше. А ми пам`ятаємо про те, що завжди перпендикулярної схилу є поверхню геоїда. Звідси стає ясно, що геоид - вельми складна фігура. Для того щоб краще його уявити, можна зробити наступне: виліпити кулю з глини, після чого з двох сторін його стиснути для освіти приплюснутості, потім зробити пальцями на отриманому еліпсоїді горби і вм`ятини. Такий сплюснутий пом`ятий кулька буде досить реалістично показувати форму нашої планети.
Для чого потрібно знати точну форму Землі?
Для чого ж потрібно знати так точно її форму? Чим не задовольняє вчених куляста форма Землі? Чи слід ускладнювати картину геоидом і еліпсоїдом обертання? Так, нагальна потреба в цьому є: близькі до геоїда фігури допомагають створювати координатні сітки, є найбільш точними. Ні астрономічні дослідження, ні геодезичні дослідження, ні різні системи супутникової навігації (ГЛОНАСС, GPS) не можуть існувати і проводитися без визначення досить точної форми нашої планети.
Різні системи координат
У світі в даний час діє кілька тривимірних і двомірних систем координат зі світовим значенням, а також кілька десятків локальних. Своя форма Землі прийнята в кожній з них. Це призводить до того, що координати, які були визначені різними системами, дещо відрізняються. Цікаво, що, для того щоб обчислити їх у точок, що знаходяться на території однієї країни, зручніше за все буде прийняти форму Землі за референц-еліпсоїд. Цей факт встановлений зараз навіть на вищому законодавчому рівні.
еліпсоїд Красовського
Якщо говорити про країни СНД чи Росії, то на території цих держав форма нашої планети описується так званим еліпсоїдом Красовського. Він був визначений ще в 1940 році. Вітчизняні (ПЗ-90, СК-63, СК-42) і зарубіжні (Afgooye, Hanoi 1972) системи координат були створені на підставі цієї фігури. Вони і донині використовуються в практичних і наукових цілях. Цікаво, що ГЛОНАСС спирається на систему ПЗ-90, яка перевершує за своєю точністю прийняту як основа в GPS аналогічну систему WGS84.
висновок
Підводячи підсумок, скажімо ще раз, що форма нашої планети відрізняється від кулі. Земля наближається за своєю формою до еліпсоїда обертання. Як ми вже відзначили, зовсім не простою є це питання. Точне визначення того, яку Земля має форму, дає потужний інструмент вченим для обчислення координат небесних і земних тіл. А це дуже важливо для космічної та морської навігації, при проведенні будівельних, геодезичних робіт, а також у багатьох інших областях людської діяльності.
