Kształt ziemi. Planeta Ziemia

Nasza planeta jest jedną z 9, które krążą wokół Słońca. Już w starożytności pojawiły się pierwsze wyobrażenia o kształcie i wielkości Ziemi.

Jak zmieniły się pomysły dotyczące kształtu Ziemi?

Starożytni myśliciele (Arystoteles - 3 wpne E., Pitagoras - 5 wpne E. et al.) Wiele stuleci temu wyrażali ideę, że nasza planeta ma sferyczny kształt. Arystoteles (na poniższym zdjęciu) nauczał po Eudoksosie, że Ziemia jest kulista, będąc centrum Wszechświata. Dowód tego widział w postaci, która miała zaćmienia Księżyca. Kiedy są rzucane przez naszą planetę na Księżyc, cień ma zaokrąglony kształt wzdłuż krawędzi, co jest możliwe tylko pod warunkiem sferyczności.

Badania astronomiczne i geodezyjne przeprowadzone w następnych stuleciach dały nam możliwość oceny kształtu i wielkości Ziemi. Dziś, kiedy jest okrągły, wiedzą od małych do dużych. Ale były czasy w historii, kiedy wierzono, że planeta Ziemia była płaska. Dzisiaj, dzięki postępowi nauki, nie mamy już wątpliwości, że jest okrągła, a nie płaska. Niezaprzeczalnym tego dowodem są kosmiczne fotografie. Sferyczność naszej planety prowadzi do tego, że powierzchnia Ziemi jest nagrzewana nierównomiernie.

Ale w rzeczywistości kształt Ziemi nie jest taki sam, jak zwykliśmy myśleć. Fakt ten znany jest naukowcom i jest obecnie wykorzystywany do rozwiązywania problemów z zakresu nawigacji satelitarnej, geodezji, astronautyki, astrofizyki i innych pokrewnych nauk. Po raz pierwszy idea tego, czym naprawdę był kształt Ziemi, została wyrażona przez Newtona na przełomie XVII i XVIII wieku. Teoretycznie uzasadnił założenie, że nasza planeta jest pod wpływem grawitacja muszą być skompresowane w kierunku osi obrotu. A to oznacza, że ​​kształt Ziemi jest sferoidalny lub elipsoidalny. Od prędkość kątowa zależny od rotacji współczynnik kompresji. Oznacza to, że ciało obraca się szybciej, tym bardziej spłaszcza się na biegunach. Naukowiec ten wywodził się z zasady powszechnej agresji, a także z założenia jednorodnej płynnej masy. Zakładał, że Ziemia jest skompresowaną elipsoidą i określa zależnie od prędkości rotacji rozmiar kompresji. Po jakimś czasie Maclaurin udowodnił, że jeśli nasza planeta jest elipsoidą ściśniętą na biegunach, to faktycznie zapewniona jest równowaga oceanów pokrywających Ziemię.

Czy możemy założyć, że ziemia jest okrągła?

Jeśli planeta Ziemia jest oglądana z daleka, wydaje się prawie idealnie okrągła. Obserwator, dla którego większa dokładność pomiarów nie jest ważna, może uznać to za takie. Średnia Promień Ziemi w tym przypadku jest to 6371,3 km. Jeśli jednak, przyjmując kształt naszej planety jako idealnej kuli, zaczniemy dokonywać dokładnych pomiarów różnych współrzędnych punktów na powierzchni, zawiedziemy. Faktem jest, że nasza planeta nie jest idealną piłką okrągłą.

Różne sposoby opisu kształtu ziemi

Kształt planety Ziemia można opisać na dwa główne, a także kilka pochodnych sposobów. Można go w większości przypadków przyjąć jako geoidę lub elipsoidę. Co ciekawe, druga opcja jest opisana matematycznie łatwo, ale pierwsza z nich nie jest opisana w zasadzie, ponieważ praktyczne pomiary grawitacji są podejmowane w różnych punktach na powierzchni naszej planety w celu ustalenia dokładnego kształtu geoidy (a tym samym Ziemi).

Zakręć elipsoidę

Wszystko jest jasne z elipsoidą rotacji: ta figura przypomina piłkę, która spłaszcza się z góry i z dołu. Fakt, że kształt Ziemi jest elipsoidą, jest całkiem zrozumiały: siły odśrodkowe powstają w wyniku obrotu naszej planety na równiku, podczas gdy nie są na biegunach. W wyniku rotacji, a także sił odśrodkowych, Ziemia "nabrała tłuszczu": średnica planety na równiku jest około 50 km większa od tej polarnej.

Zawiera figurę zwaną "geoidą"

Niezwykle złożona postać - geoidy. Istnieje tylko teoretycznie, ale w praktyce nie można go ani dotknąć, ani zobaczyć. Można sobie wyobrazić geoidę jako powierzchnię, której siła grawitacji w każdym punkcie jest ściśle skierowana pionowo. Gdyby nasza planeta była zwykłą kulą wypełnioną równomiernie jakąś substancją, wtedy pion w dowolnym punkcie spojrzałby na środek kuli. Ale sytuację komplikuje fakt, że gęstość naszej planety jest heterogeniczna. W niektórych miejscach występują ciężkie skały, w innych pustki, góry i depresje są rozproszone po powierzchni, a równiny i morza są nierównomiernie rozmieszczone. Wszystko to zmienia potencjał grawitacyjny w każdym konkretnym punkcie. Fakt, że kształt kuli ziemskiej - geoidy, jest również odpowiedzialny za eteryczny wiatr, który wieje naszą planetę z północy.

Kto studiował geoidy?

Zauważ, że samą koncepcję "geoidy" wprowadził Johann Listing (na zdjęciu poniżej), fizyk i matematyk, w 1873 roku.

Pod nim, w tłumaczeniu z greckiego "widoku Ziemi", chodziło o figurę utworzoną przez powierzchnię Oceanu Światowego, a także morza, które się z nią komunikują, ze średnim poziomem wody, bez zakłóceń pływów, prądów, a także różnic ciśnienia atmosferycznego itp. Kiedy mówią, że taka wysokość nad poziomem morza, oznacza to wysokość od powierzchni geoidy w tym miejscu na kuli ziemskiej, pomimo faktu, że w tym miejscu nie ma morza, ale znajduje się kilka tysięcy kilometrów dalej.

Pojęcie geoidy było wielokrotnie udoskonalane. Tak więc sowiecki naukowiec M. S. Molodinsky stworzył własną teorię określania pola grawitacyjnego i postaci Ziemi z pomiarów dokonanych na jego powierzchni. W tym celu opracował specjalny przyrząd do pomiaru grawitacji - grawimetr sprężynowy. To on również zaproponował użycie quasigeoidu, który określają wartości przyjęte przez potencjał grawitacji na powierzchni Ziemi.

Więcej o geoidzie

Jeżeli grawitacja jest mierzona 100 km od gór, wówczas linia pionu (czyli ciężar na sznurku) będzie odchylać się w ich kierunku. Takie odchylenie od pionu jest niedostrzegalne dla naszych oczu, ale jest łatwo wykrywane przez instrumenty. Podobny obraz obserwuje się wszędzie: ugięcie pionownika jest gdzieś więcej, gdzieś jest mniejsze. I pamiętamy, że powierzchnia geoidy jest zawsze prostopadła do linii pionu. Stąd staje się jasne, że geoidy są bardzo skomplikowaną postacią. Aby lepiej go przedstawić, wykonaj następujące czynności: wyrzeźbić kulkę z gliny, a następnie ściśnij ją z dwóch stron, aby uzyskać płaskość, a następnie wykonaj palcami i wgniecenia na elipsoidzie. Taka spłaszczona pomarszczona piłka całkiem realistycznie pokaże kształt naszej planety.

Co musisz wiedzieć o dokładnym kształcie Ziemi?

Dlaczego tak dokładnie musisz znać jego formę? Co sferyczny kształt Ziemi nie zadowala naukowców? Czy powinien komplikować obraz z geoidą i elipsoidą rotacji? Tak, istnieje pilna potrzeba tego: dane zbliżone do geoidy pomagają w tworzeniu współrzędnych, które są najbardziej dokładne. Ani badania astronomiczne, ani badania geodezyjne, ani różne systemy nawigacji satelitarnej (GLONASS, GPS) mogą istnieć i być prowadzone bez zdefiniowania dość dokładnego kształtu naszej planety.

Różne systemy współrzędnych

Obecnie na świecie istnieje kilka trójwymiarowych i dwuwymiarowych układów współrzędnych o wartości światowej, a także kilkudziesięciu lokalnych. Jego kształt Ziemi jest przyjęty w każdym z nich. Prowadzi to do tego, że współrzędne, które zostały określone przez różne systemy, są nieco inne. Co ciekawe, aby obliczyć je dla punktów znajdujących się na terytorium jednego kraju, najwygodniej będzie przyjąć kształt Ziemi jako elipsoidę odniesienia. Zostało to ustanowione nawet na najwyższym szczeblu legislacyjnym.

Elipsoida Krasowskiego

Jeśli mówimy o krajach WNP lub Rosji, to na ich terytorium formularz stanu naszej planety opisana jest przez tzw. elipsoidę Krasowsky'ego. Zostało to ustalone w 1940 roku. Systemy współrzędnych krajowe (ПЗ-90, СК-63, СК-42) i zagraniczne (Afgooye, Hanoi 1972) zostały utworzone na podstawie tej liczby. Są nadal wykorzystywane do celów praktycznych i naukowych. Co ciekawe, GLONASS opiera się na systemie PZ-90, który jest lepszy pod względem GPS niż podobny system WGS84.

Wniosek

Podsumowując, powtórzmy, że kształt naszej planety różni się od kuli. Ziemia zbliża się w swojej formie do elipsoidy rotacji. Jak już zauważyliśmy, to pytanie wcale nie jest bezczynne. Dokładna definicja formy Ziemi dostarcza potężnego narzędzia dla naukowców do obliczania współrzędnych ciał niebieskich i ziemskich. Jest to bardzo ważne dla nawigacji kosmicznej i morskiej, podczas budowy, prac geodezyjnych, a także w wielu innych obszarach ludzkiej działalności.