Около Александрийской библиотеки во время положения Солнца над Сиеной в зените, сумел измерить длину земного меридиана и вычислить радиус Земли. То, что форма Земли должна отличаться от шара впервые показал Ньютон.
Известно, что планета сформировалась под действием двух сил — силы взаимного притяжения её частиц и центробежной силы, возникающей из-за вращения планеты вокруг своей оси. Сила тяжести представляет собой равнодействующую этих двух сил. Степень сжатия зависит от угловой скорости вращения: чем быстрее вращается тело, тем больше оно сплющивается у полюсов.
Рис. 2.1. Вращение Земли
Понятие фигуры Земли может трактоваться по-разному в зависимости от того, какие требования предъявляются к точности решения тех или иных задач. В одних случаях Землю можно принять за плоскость, в других - за шар, в третьих - за двухосный эллипсоид вращения с малым полярным сжатием, в четвертых - трехосный эллипсоид.
Рис. 2.2. Физическая поверхность Земли (вид из космоса)
Суша составляет приблизительно одну треть от всей поверхности Земли. Она возвышается над уровнем моря в среднем на 900 - 950 м. По сравнению с радиусом Земли (R = 6371 км) это весьма малая величина. Поскольку большую часть поверхности Земли занимают моря и океаны, то за форму Земли можно принять уровенную поверхность, совпадающую с невозмущенной поверхностью Мирового океана и мысленно продолженную под материками.По предложению немецкого ученого Листинга данную фигуру назвали геоидом
.
Фигура, ограниченная уровенной поверхностью, совпадающей с поверхностью воды Мирового океана в спокойном состоянии, мысленно продолженная под материками, называется
геоидом.
Под Мировым океаном понимают поверхности морей и океанов, связанные между собой.
Поверхность геоида во всех точках перпендикулярна отвесной линии.
Фигура геоида зависит от распределения масс и плотностей в теле Земли. Она не имеет точного математического выражения и является практически неопределимой, в связи с чем в геодезических измерениях вместо геоида используется его приближение - квазигеоид. Квазигеоид
, в отличие от геоида, однозначно определяется по результатам измерений, совпадает с геоидом на территории Мирового океана и очень близок к геоиду на суше, отклоняясь лишь на несколько сантиметров на равнинной местности и не более чем на 2 метра в высоких горах.
Для изучения фигуры нашей планеты сначала определяют форму и размеры некоторой модели, поверхность которой является сравнительно хорошо изученной в геометрическом отношении и наиболее полно характеризует форму и размеры Земли. Затем, принимая эту условную фигуру за исходную, определяют относительно нее высоты точек. Для решения многих задач геодезии за модель Земли принят эллипсоид вращения (сфероид).
Направление отвесной линии и направление нормали (перпендикуляра) к поверхности эллипсоида в точках земной поверхности не совпадают и образуют угол ε , называемый уклонением отвесной линии . Данное явление связано с тем, что плотность масс в теле Земли неодинакова и отвесная линия отклоняется в сторону более плотных масс. В среднем его величина составляет 3 - 4", а в местах аномалий достигает десятков секунд. Реальный уровень моря в разных регионах Земли отклонятся более чем на 100 метров от идеального эллипсоида.
Рис. 2.3. Соотношение поверхностей геоида и земного эллипсоида.
1) мировой океан;
2) земной эллипсоид;
3) отвесные линии; 4) тело Земли;
5) геоид
Для определения размеров земного эллипсоида на суше проводились специальные градусные измерения (определялось расстояние по дуге меридиана в 1º). На протяжении полутора веков (с 1800 по 1940 гг.) были получены различные размеры земного эллипсоида (эллипсоиды Деламбера (д"Аламбера), Бесселя, Хейфорда, Кларка, Красовского и др.).
Эллипсоид Деламбера имеет только историческое значение как основа для установления метрической системы мер (на поверхности эллипсоида Деламбера расстояние в 1 метр равно одной десятимиллионной расстояния от полюса до экватора).
Эллипсоид Кларка используется в США, странах Латинской Америки, Центральной Америки и других странах. В Европе используется эллипсоид Хейфорда. Он же был рекомендован в качестве международного, однако параметры указанного эллипсоида получены по измерениям, выполненным только на территории США, и, кроме того, содержат большие ошибки.
До 1942 г. в нашей стране применялся эллипсоид Бесселя. В 1946 г. размеры земного эллипсоида Красовского были утверждены для геодезических работ на территории Советского Союза и действуют до настоящего времени на территории Украины.
Эллипсоид, который используется данным государством, либо обособленной группой государств, для производства геодезических работ и проектирования на его поверхность точек физической поверхности Земли, называют референц-эллипсоидом.
Референц-эллипсоид служит вспомогательной математической поверхностью, к которой приводят результаты геодезических измерений на земной поверхности. Наиболее удачная математическая модель Земли для нашей территории в виде референц-эллипсоида была предложена проф. Ф. Н. Красовским. На этом эллипсоиде основана геодезическая система координат Пулково-1942 (СК-42), которая использовалась в Украине для создания топографических карт с 1946 по 2007 год.
Размеры земного эллипсоида по Красовскому
Малая полуось (полярный радиус) |
|
Большая полуось (экваториальный радиус) |
|
Средний радиус Земли, принимаемой за шар |
|
Полярное сжатие (отношение разницы полуосей к большой полуоси) |
|
Площадь поверхности Земли |
510083058 км² |
Длина меридиана |
|
Длина экватора |
|
Длина дуги 1° по меридиану на широте 0° |
|
Длина дуги 1° по меридиану на широте 45° |
|
Длина дуги 1° по меридиану на широте 90° |
При вводе Пулковской системы координат и Балтийской системы высот Совет Министров СССР возложил на Генеральный Штаб вооруженных сил СССР и Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР перевычисление в единую систему координат и высот триангуляционной и нивелирной сети, выполненной до 1946 года, и обязал их закончить эту работу в 5-летний срок. Контроль за переизданием топографических карт был возложен на Генеральный Штаб вооруженных сил СССР, а морских карт на Главный Штаб военно-морских сил.
1 января 2007 года на территории Украины введена УСК-2000
- Украинская система координат
взамен СК-42. Практической ценностью новой системы координат является возможность эффективного использования глобальных навигационных спутниковых систем в топографо-геодезическом производстве, которые имеют целый ряд преимуществ в сравнении с традиционными методами.
Сведений о том, что в Украине произведено перевычисление координат СК-42 в УСК-2000 и изданы новые топографические карты автор этого учебного пособия не имеет. На учебных топографических картах, изданных в 2010 году Государственным научно-производственным предприятием «Картография», в левом верхнем углу по-прежнему осталась надпись «Система координат 1942 г.».
Система координат 1963 года (СК-63) являлась производной от предыдущей государственной системы координат 1942 года и имела определенные параметры связи с ней. Для обеспечения секретности в СК-63 были искусственно искажены реальные данные. С появлением мощной вычислительной техники для высокоточного определения параметров связи между различными координатными системами эта система координат утратила свой смысл в начале 80-х годов. Следует заметить, что СК-63 была отменена решением Совета Министров СССР в марте 1989 года. Но впоследствии, учитывая большие объемы накопленных геопространственных данных и картографических материалов (включая результаты выполнения землеустроительных работ времен СССР), срок ее использования был продлен до тех пор, пока все данные не будут переведены в действующую государственную систему координат.
Для спутниковой навигации используется трёхмерная система координат WGS 84 (англ. World Geodetic System 1984). В отличие от локальных систем, является единой системой для всей планеты. WGS 84 определяет координаты относительно центра масс Земли, погрешность составляет менее 2 см. В WGS 84 нулевым меридианом считается IERS Reference Meridian. Он расположен в 5,31″ к востоку от Гринвичского меридиана. За основу взят сфероид с большим радиусом - 6 378 137 м (экваториальный) и меньшим - 6 356 752,3142 м (полярный). Отличается от геоида менее чем на 200 м.
Особенности строения фигуры Земли полностью учитываются при математической обработке высокоточных геодезических измерений и создании государственных геодезических опорных сетей. Ввиду малости сжатия (отношение разности большой, экваториальной полуоси (а
) земного эллипсоида и малой полярной полуоси (b
) к большой полуоси [a - b
]/b
) ≈ 1:300) при решении многих задач за фигуру Земли с достаточной для практических целей точностью можно принять сферу
, равновеликую по объему земному эллипсоиду
. Радиус такой сферы для эллипсоида Красовского R = 6371,11 км.
2.2. ОСНОВНЫЕ ЛИНИИ И ПЛОСКОСТИ ЗЕМНОГО ЭЛЛИПСОИДА
При определении положения точек на поверхности Земли и на поверхности земного эллипсоида пользуются некоторыми линиями и плоскостями.
Известно, что точки пересечения оси вращения земного эллипсоида с его поверхностью являются полюсами, один из которых называется Северным Рс
, а другой - Южным Рю
(рис. 2.4).
Рис. 2.4. Основные линии и плоскости земного эллипсоида
Сечения земного эллипсоида плоскостями, перпендикулярными к малой его оси, образуют след в виде окружностей, которые называются параллелями.
Параллели имеют различные по величине радиусы. Чем ближе расположены параллели к центру эллипсоида, тем больше их радиусы. Параллель с наибольшим радиусом, равным большой полуоси земного эллипсоида, называется экватором
. Плоскость экватора проходит через центр земного эллипсоида и делит его на две равные части: Северное и Южное полушария.
Кривизна поверхности эллипсоида является важной характеристикой. Она характеризуется радиусами кривизны меридианного сечения и сечения первого вертикала, которые называются главными сечениями
Сечения поверхности земного эллипсоида плоскостями, проходящими через его малую ось (ось вращения), образуют след в виде эллипсов, которые называются меридианными сечениями
.
На рис. 2.4 прямая СО"
, перпендикулярная к касательной плоскости КК"
в точке ее касания С
, называется нормалью
к поверхности эллипсоида в этой точке. Каждая нормаль к поверхности эллипсоида всегда лежит в плоскости меридиана, а следовательно, пересекает ось вращения эллипсоида. Нормали к точкам, лежащим на одной параллели, пересекают малую ось (ось вращения) в одной и той же точке. Нормали к точкам, расположенным на разных параллелях, пересекаются с осью вращения в различных точках. Нормаль к точке, расположенной на экваторе, лежит в плоскости экватора, а нормаль в точке полюса совпадает с осью вращения эллипсоида.
Плоскость, проходящая через нормаль, называется нормальной плоскостью
, а след от сечения этой плоскостью эллипсоида - нормальным
сечением
. Через любую точку на поверхности эллипсоида можно провести бесчисленное множество нормальных сечений. Меридиан и экватор являются частными случаями нормальных сечений в данной точке эллипсоида.
Нормальная плоскость, перпендикулярная к плоскости меридиана в данной точке С
, называется плоскостью первого вертикала
, а след, по которой она пересекает поверхность эллипсоида, - сечением первого вертикала (рис. 2.4).
Взаимное положение меридиана и любого нормального сечения, проходящего через точку С
(рис. 2.5) на данном меридиане, определяется на поверхности эллипсоида углом А
, образованным меридианом данной точки С
и нормальным сечением.
Рис. 2.5. Нормальное сечение
Этот угол называется геодезическим азимутом
нормального сечения. Он отсчитывается от северного направления меридиана по ходу часовой стрелки от 0 до 360°.
Если принять Землю за шар, то нормаль к любой точке поверхности шара пройдет через центр шара, а любая нормальная плоскость образует на поверхности шара след в виде окружности, которая называется большим кругом.
2.3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИГУРЫ И РАЗМЕРОВ ЗЕМЛИ
При определении фигуры и размеров Земли использовались следующие методы:
Астрономо - геодезический метод
Определение фигуры и размеров Земли основано на использовании градусных измерений, суть которых сводится к определению линейной величины одного градуса дуги меридиана и параллели на разных широтах. Однако непосредственные линейные измерения значительной протяженности на земной поверхности затруднены, ее неровности существенно снижают точность работ.
Метод триангуляции.
Высокая точность измерения значительных по протяженности расстояний обеспечивается применением метода триангуляции, разработанного в XVII в. голландским ученым В. Снеллиусом (1580 - 1626).
Триангуляционные работы для определения дуг меридианов и параллелей проводились учеными разных стран. Еще в XVIII в. было установлено, что один градус дуги меридиана у полюса длиннее, чем у экватора. Такие параметры характерны для эллипсоида, сжатого у полюсов. Этим подтверждалась гипотеза И. Ньютона о том, что Земля в соответствии с законами гидродинамики должна иметь форму эллипсоида вращения, сплюснутого у полюсов.
Геофизический (гравиметрический ) метод
Он основан на измерении величин, характеризующих земное поле силы тяжести, и их распределении на поверхности Земли. Преимущество этого метода в том, что его можно применять на акваториях морей и океанов, т. е. там, где возможности астрономо-геодезического способа ограничены. Данные измерений потенциала силы тяжести, выполненные на поверхности планеты, позволяют вычислить сжатие Земли с большей точностью, чем астрономо-геодезическим методом.
Начало гравиметрическим наблюдениям было положено в 1743 г. французским ученым А. Клеро (1713 - 1765). Он предположил, что поверхность Земли имеет вид сфероида, т. е. фигуры, которую приняла бы Земля, находясь в состоянии гидростатического равновесия под влиянием только сил взаимного тяготения ее частиц и центробежной силы вращения около неизменной оси. А. Клеро предположил также, что тело Земли состоит из сфероидальных слоев с общим центром, плотность которых возрастает к центру.
Космический метод
Развитие космического метода и изучения Земли связано с освоением космического пространства, которое началось с момента запуска советского искусственного спутника Земли (ИСЗ) в октябре 1957 г. Перед геодезией были поставлены новые задачи, связанные с бурным развитием космонавтики. В их числе - наблюдение за ИСЗ на орбите и определение их пространственных координат в заданный момент времени. Выявленные отклонения реальных орбит ИСЗ от предвычисленных, вызванные неравномерным распределением масс в земной коре, позволяют уточнить представление о гравитационном поле Земли и в конечном результате о ее фигуре.
Вопросы и задания для самоконтроля
Для каких целей используются данные о форме и размерах Земли?
По каким признакам в древности определили, что Земля имеет шарообразную форму?
Какую фигуру называют геоидом?
Какую фигуру называют эллипсоидом?
Какую фигуру называют референц-эллипсоидом?
Каковы элементы и размеры эллипсоида Красовского?
Назовите основные линии и плоскости земного эллипсоида.
Какие методы используются для определения фигуры и размеров Земли?
Дайте краткую характеристику каждому методу.
В июне 2010 года Европейское космическое агентство показало первые подробные геологические карты нашей планеты, также мир впервые увидел, какая форма у Земли на самом деле. Все это стало возможным благодаря исследовательскому спутнику GOCE, который запустили на орбиту в 2009 году.
Понятие геоида было введено в 1873 году немецким математиком Иоганном Листингом с целью характеристики формы Земли, ведь она не является сферической, а сплющенная с полюсов. За мнимую поверхность геоида было взято уровень океана в “состоянии покоя” и гипотетически продолжено его под поверхностью материков, в результате, ученые получили идеальную фигуру – эллипсоид. Эта, довольно гипотетическая фигура, и до сих пор используется в геодезии.
Однако, в новейшие времена стало понятно, что гравитационное поле Земли не является однородным. Сначала, какие-то отклонения от эллипсоида считали местными , однако с развитием систем спутниковой навигации и глобального позиционирования (GPS) стало понятно, что “местные” аномалии носят планетарный характер! К примеру, приборы GPS на борту самолета или корабля во время движения показывают колебания высоты, хотя она реально неизменна. Это вызывается тем, что в программу навигационного спутника за точку отсчета была заложена гипотетическая поверхность эллипсоида с центром масс Земли, а усиление или ослабление силы притяжения, которое существует в реальности, и приводит к отклонению в показаниях приборов GPS. Более того, по разной интенсивности силы тяжести, предметы, свободно падают, отклоняются от классической перпендикулярной эллипсоида линии, однако, движутся по перпендикулярной траектории именно к поверхности геоида.
GOCE в своем инструментарии содержит сверхточный градиометр с тремя парами платиновых акселометров, которые способны зафиксировать малейшие колебания, вплоть до одной десятитриллионной доли гал (1 гал = 1 м / с2 – мера ускорения), В гравитационном поле Земли. Для картирования изменений силы тяжести, спутник вращается на экстремально низкой орбите – всего 254,9 км, проходя через опасные полярные области. На такой высоте сила трения разреженной атмосферы замедляет движение GOCE, поэтому для того чтобы поддержать скорость и не сойти с орбиты, в спутнике есть система ускорения – , который время от времени выстреливает струей сжатого инертного газа ксенона.
Как оказалось, благодаря работе GOCE, геоид не только не имеет той идеальной формы эллипсоида, а вообще похож на “увядшее и сморщенное за зиму яблоко” со своими выступлениями и впадинами… показал, что гравитационное поле Земли имеет три огромных участка с повышенной силой притяжения: Северная Америка, Индия и Гималаи, а также Южный Тихий океан с Антарктидой. Самый высокий уровень гравитации установлен в северной части Индийского океана и на полуострове Индостан, где уровень поверхности океана более чем на 100 м ниже плоскости эллипсоида! Одновременно, существует и три участка со слабой гравитацией – это Северная Атлантика с Европой, Океания с Австралией и Южным Индийским океаном. Самый низкий уровень силы земного притяжения существует над Исландией и Папуа-Новой Гвинеей – уровень океанических вод здесь возвышается примерно на 80 м над плоскостью поверхности эллипсоида.
Результаты полученные зондом еще нужно проработать, однако уже сейчас становится ясно, что неоднородность гравитационного поля Земли играет едва ли не ключевую роль в циркуляции океанических течений, причем как горизонтальных, так и вертикальных. Ученые также надеются усовершенствовать существующие модели изменения климата будущего, ведь теперь они получили точный инструмент прогнозирования динамики льда в полярных районах. Кроме того, зная уровень океана, который обусловлен земной гравитацией, а не только приливами и отливами, возникающие под действием притяжения Луны, океанологам и экологам будет гораздо проще отслеживать его изменения. В целом эта миссия во многих аспектах поспособствует о Земле, а также коммерчески окупится.
(Андрей М. Заморока)
19 июня греческий математик, астроном и географ Эратосфен Киренский, живший с 276 по 194 год до нашей эры, вычислил радиус Земли. Он был не единственным, кто внёс неоценимый вклад в исследование планеты. Конечно же, с тех незапамятных времен человечество совершило не один научный прорыв, расширив и даже перевернув представление о голубой планете. На пути от "щита на спинах слонов" до геоида, Земля в умах наших предков была и плоской, и дискообразной, и выпуклой по полюсам. Возможно, многие удивятся, узнав, что она вовсе не круглая, и никогда такой не являлась. Именно к такому выводу пришли ученые благодаря последним исследованиям. Как же в действительности выглядит планета, на которой мы живем? Как раз об этом и пойдет речь далее.
Заблуждения древних учёных
Примечательно, что некоторое время назад большинство людей, среди которых были и учёные, отвергали идею о том, что Земля может быть шарообразной. Например, в III веке знаменитый писатель и философ Лактанций писал, что только самый взбалмошный мечтатель может вообразить, что существует человек, ходящий вниз головой, деревья, растущие сверху вниз, и град, падающий в обратном направлении. Критику поддержал и Козма Индикополов, написавший книгу "Христианская топография".
Греческий поэт Гомер изображал планету в виде круга, а Анаксимандр, ученик философа Фалеса - в виде цилиндра. Существовали версии о том, что Земля имеет форму куба, лодки, высокой горы... Несмотря на это, истина всё таки пробила себе путь через огромное количество ложных данных.
На сегодняшний день сложно представить, что еще в 1876 году на территории Санкт-Петербурга была издана брошюра с названием "Земля неподвижна". Она включала в себя лекцию, доказывающую, что планета не вращается ни вокруг собственной оси, ни вокруг Солнца. Автором работы стал немецкий специалист доктор Шепфер, выступивший с соответствующим докладом в Берлине.
Греческий философ Аристотель в IV веке до нашей эры одним из первых доказал, что Земля имеет форму шара. В качестве подтверждения своей теории учёный привёл простой и в то же время неопровержимый факт: во время лунных затмений планета отбрасывает на спутник именно круглую тень.
Постепенно идея о том, что Земля представляет собой шар, висящий в пространстве, распространялась всё шире. Спустя тысячи лет знаменитый физик и математик Исаак Ньютон дополнил эту информацию, заявив, что планета обладает не шарообразной, а шароподобной формой, приплюснутой на полюсах. Подтверждением этому послужил еще один случай, зафиксированный в 1672 году. Из Парижа в Гвиану были перевезены астрономические часы, которые со временем начали отставать. Позднее учёные выяснили, что маятник механизма качается более интенсивно около экватора, а на полюсах, наоборот, замедляет своё движение.
В XIX веке измерения силы тяжести в различных регионах также показали, что форма Земли представляет собой не эллипсоид вращения, а нечто более сложное . На многих островах притяжение оказывалось значительно большим, чем на материках. В связи с этим специалистам пришлось согласиться с тем, что уровень воды в морях и океанах может быть неодинаковой.
В ходе дальнейших исследований эксперты приняли термин "геоид", описывающий уникальную форму планеты.
Вышеупомянутое слово с древнегреческого языка переводится как "нечто, подобное Земле ". Это выпуклая замкнутая поверхность, параллельная поверхности воды в морях и океанах, когда они находятся в спокойном состоянии, и перпендикулярная к силе тяжести в любой точке. Такое понятие и его описание предложил немецкий математик Иоганн Бенедикт Листинг в 1873 году.
17 марта 2009 года на орбиту Земли был отправлен спутник GOCE, просуществовавший до 11 ноября 2013 года. Аппарат с помощью электростатического гравитационного градиометра изучал гравитационное поле планеты и её форму - геоид. Стрелообразная форма корпуса позволяла устройству сохранять ориентацию и уменьшала торможение в верхних слоях атмосферы. Благодаря информации, полученной с GOCE, сотрудники Европейского космического агентства смогли понять некоторые моменты в поведении океана, изучить опасные вулканические регионы и более точно осмыслить форму Земли.
Современным учёным удалось выяснить, что на орбите Земли ранее существовал еще один объект - космическое тело под названием Тейя. Около 4,5 миллиардов лет оно врезалось в планету, в результате чего и образовалась Луна. О том, что эта теория вполне может оказаться правдой, свидетельствует и то, что нынешний спутник Земли слишком велик для неё и содержит такие же изотопы.
Некоторые исследователи утверждают, что у планеты есть еще одно тело, вращающееся вокруг неё. Это небольшой объект, чей диаметр не превышает и метра. Он называется "временной луной", так как его регулярно заменяют похожие осколки планет и астероидов. При этом хотя бы один миниатюрный спутник всегда находится на орбите Земли.
Специалисты уверены, что миллионы лет назад планета могла быть не зеленой а фиолетовой. Древние микробы, по словам учёных, использовали не хлорофил, а ретиналь - молекулу, защищающую их от солнечных лучей. Эти элементы и придавали Земле такой оттенок. В то время с неё уже практически исчезли гигантские грибы, которые были предшественниками деревьев и кустарников.
Одной из особенностей земного шара является и то, что жизнь на нём существовала без кислорода. Когда же элемент появился здесь, около 99% организмов вымерли, уступив место новым обитателям. По словам экспертов, в скором времени та же участь может постигнуть и человечество. Дело в том, что в какой-то момент в атмосфере станет слишком мало углекислого газа, из-за чего растения не смогут осуществлять фотосинтез и выделять кислород.
Многие специалисты уже начали готовиться к переселению людей в космос. Регулярно проводятся поиски и исследования планет, имеющих хотя бы незначительные сходства с Землёй. При этом существует риск обнаружить инопланетную цивилизацию. Будет ли она настроена враждебно или дружелюбно, пока неизвестно, однако чтобы подготовиться к встрече, в 2010 году ООН назначила официального посла, которому предстоит первым вступить в контакт с пришельцами, а позднее и вести с ними переговоры.
Также довольно интересным фактом о Земле является то, что ежегодно она становится на 1 000 тонн тяжелее. Это связано не только с популяцией живых организмов, но и с тем, что на её поверхность практически без остановки выпадает космическая пыль. Различные астероиды и другие сравнительно небольшие тела, приближаясь к Солнцу, разрушаются, тем самым загрязняя атмосферу и поверхность близлежащих планет. Исследователи считают, что этот факт не должен сильно настораживать и пугать человечество, так как в воздухе, которым дышат живые организмы, и так содержится огромное количество разнообразных веществ. Среди них азот, кислород, аргон, метан, гелий, неон, угарный газ и целый ряд других элементов.
Ученые отмечают, что истинная форма Земли имеет отличия и от геоида - слишком уж высокие отличия температур, солености морей и атмосферного давления... Возможно, новые спутники помогут разгадать эту загадку, и человечество забудет о шарообразных глобусах.
Игорь Рыжаков
Проблема формы Земли волнует людей множество тысячелетий. Это один из важных вопросов не только для географии и экологии, но и для астрономии, философии, физики, истории и даже литературы. Данному вопросу посвящено множество трудов ученых всех эпох, особенно Античности и Просвещения.
Гипотезы ученых о форме Земли
Так Пифагор в VI веке до нашей эры уже считал, что наша планета имеет форму шара. Его утверждение разделил Парменид, Анаксимандр Милетский, Эратосфен и другие. Аристотель проводил различные эксперименты и смог доказать, что у Земли круглая форма, так как во время затмений Луны тень всегда в форме круга. Учитывая, что в то время велись дискуссии между сторонниками абсолютно двух противоположных точек зрения, одни из которых утверждали, что земля плоская, другие – что круглая, то теория шарообразности хоть и была принята многими мыслителями, но нуждалась в существенной доработке.
О том, что фигура нашей планеты отличается от шара, заявил Ньютон. Он склонялся к тому, что это скорее эллипсоид, и чтобы это доказать, проводил различные эксперименты. Далее форме земли посвящали работы Пуанкаре и Клеро, Гюйгенс и д’Аламбер.
Современное понятие формы планеты
Множество поколений ученых проводили фундаментальные исследования, чтобы установить форму Земли. Только после первого полета в космос получилось развеять все мифы. Сейчас принята точка зрения, что наша планета имеет форму эллипсоида, и она далека от идеальной формы, сплющена с полюсов.
Для различных исследований и образовательных программ создана модель земли – глобус, который имеет форму шара, но это все весьма условно. На его поверхности сложно в масштабе и соотношении изобразить абсолютно все географические объекты нашей планеты. Что касается радиуса, то для различных задач используется значение 6371,3 километра.
Для задач космонавтики и геодезии для того, чтобы описать фигуру планеты, используют понятие эллипсоида вращения или геоида. Однако и в разных точках земля отличается от геоида. Для решения различных задач в дальнейшем используются различные модели земных эллипсоидов, например, референец-эллипсоид.
Таким образом, форма планеты – это сложный вопрос даже для современной науки, который волновал людей с древних времен. Да, мы можем полететь в космос и увидеть форму Земли, но математических и других расчетов пока не хватает, чтобы точно изобразить фигуру, поскольку наша планета уникальная, и имеет не такую простую форму, как геометрические тела.
Астрономические воззрения всего человечества формировались веками. Начиная с Древнего Египта и, возможно, еще более ранних цивилизаций, ученые направляли взгляд к небу, стремясь узнать больше об устройстве нашего мира. Интересовала, конечно же, форма и размеры планеты Земля.
С тех пор мы пошли много вперед. Достаточно фактов теперь можем сказать наверняка.
И один из таких вопросов: какую форму имеет Земля? История разнообразных представлений о форме нашей планеты долгая и крайне интересная. Ее выстраивали уважаемые ученые мужи современности, Средневековья и Античности. За правду (ту, которой придерживались они) они бывали гонимы и даже умирали. Но от осознанной правды не отказывались.
А сейчас о том, какую форму имеет Земля, 4 класс школы скажет с полной уверенностью.
Давайте же вспомним, как на самом деле обстоят дела с формами нашей родной планеты.
Форма Земли
В прошедшем веке человечество сумело сделать большой рывок вперед: запустило первые космические аппараты в далекие космические дали. Те же привезли (прислали) ученым фото планеты. Она оказалась красивейшим голубым небесным телом, однако с формой произошли некоторые поправки.
Итак, по новой, наиболее достоверной информации о планете, мы знаем, что Земля немного сплюснута с полюсов. То есть она представляет собой не шар, а эллипсоид вращения, или геоид. Выбор между двумя этими терминами имеет значение лишь в астрофизике, геодезии, космонавтике. Численное выражение параметров планеты будет необходимо при точных расчетах. И тут у формы Земли есть свои особенности.
Численное описание формы планеты
Для раздела общих знаний об окружающем мире больше принято использовать термин геоид. Последний, к слову, с греческого языка означает буквально "нечто, подобное Земле".
Интересно, что описать математическими способами форму Земли как эллипсоид вращения нетрудно. А вот как геоид практически невозможно: для получения максимально точных данных приходится измерять гравитацию в разных точках планеты.
Почему Земля сплюснута с полюсов?
Из всего вышесказанного теперь мы намерены рассмотреть некоторые отдельные аспекты всей темы. Теперь, когда мы узнали, какую форму имеет Земля на самом деле, интересно будет понять, почему так.
Повторимся: наша планета немного сплюснута с полюсов, а не является идеальным шаром. Почему так? Ответ прост, очевиден для всех, кто имеет начальные представления о физике. При вокруг своей оси в областях экватора возникают Соответственно, на полюсах их быть не может. Так и образовалась разница в радиусе полярном и экваториальном: последний больше где-то на 50 км.
какую форму имеет?
Как мы знаем, планета вращается не только вокруг своей оси, а и совершает длительное путешествие вокруг центра Солнечной системы. Та условная линия, по которой она движется в космическом пространстве, называется орбитой. Мы узнали, какую форму имеет планета Земля. Также выяснили, что приобрела ее она из-за вращения.
А вот какую форму имеет орбита Земли? Вокруг Солнца она проделывает путь в форме эллипса, находясь в разное время года на разном расстоянии от светила. От пребывания в том или ином участке орбиты зависит сезон на планете.
Представления древних цивилизаций
Напоследок скрасим нашу статью яркими образными картинами, которые нам обрисовали предшественники современной цивилизации. Фантазия у них, надо сказать, была славная.
На вопрос "Какую форму имеет Земля?" древний вавилонянин утверждал бы, что это огромная гора, на одном из склонов которой находится их страна. Над ней возвышается купол - небо, и было оно твердым, как камень.
Индийцы были уверены, что Земля держится на четырех слонах, которых держит на своей спине черепаха, плавая в молочном море. Направление же голов слонов - это четыре стороны света.
Лишь в 8-7-м веке до н. э. люди стали постепенно приходить к выводу, что Земля - нечто обособленное со всех сторон, а никак не стоит на чем-либо. К нему подтолкнуло ежевечернее исчезновение Солнца, перед которым испытывался благоговейный страх.
Заключение
Грубо говоря, Земля - круглая. Для обывателя этого вполне будет достаточно, однако не для определенных наук. В геодезии, космонавтике, астрофизике нужны точные данные для расчетов. И тут уже пригодится точный ответ на вопрос, какую форму имеет Земля. И или же эллипсоид вращения. Планета под воздействием сплюснута с полюсов. Учитывать точные данные о планете важно для получения правильных расчетов.
Давно канули в Лету времена, когда Землю возносили на спины слонов или представляли ее плоской поверхностью. Давайте же будем посвященными в правду об окружающем мире и мы, оставаясь достойными своего времени!
