Какова фигура у нашей планеты?



Знание фигуры и размеров Земли необходимо во многих областях и прежде всего для определения положения объектов на земной поверхности и правильного её изображения в виде карт, планов и цифровых моделей местности.

форма Земли

Земная поверхность представляет собой ряд неровностей: горы, лощины, овраги, равнины, долины, плато и прочие очертания суши чередуются с водным пространством океанов, морей, рек, озер и других водоемов.
Площадь поверхности океанов и морей во много раз больше площади суши. Из 510 млн. кв. км всей поверхности нашей планеты 361 млн. кв. км (71 %) занимают водоемы, и лишь 149 млн. кв. км (29 %) — суша.

Подводная поверхность включает в себя систему срединно-океанических хребтов, подводные вулканы, океанические желоба, подводные каньоны, океанические плато и абиссальные равнины. Надводная часть земной поверхности также характеризуется многообразием форм — горы, овраги, возвышенности, низменности и т. д.
С течением времени поверхность Земли из-за тектонических процессов и эрозии постоянно изменяется.


Если представить карту земной поверхности в целом, то отдельные неровности — горы, овраги, лощины и т. д. в сравнении с рельефом всей земной поверхности будут настолько незначительными, что общий вид Земли представится в виде формы, близкой к форме шара, радиус которого — около 6370 км.

Последние исследования формы земной поверхности показали, что она уклоняется от правильной геометрической формы сфероида и в реальности имеет форму неправильной объемной фигуры, отдаленно напоминающей грушу, и получившей название "геоид", от греческого "гео" — Земля.
Термин "геоид" для обозначения реальной формы Земли предложил в 1873 году немецкий физик Иоганн Листинг.

Теоретически поверхность геоида совпадает с поверхностью морей и океанов в их спокойном состоянии, и мысленно продолжается под (или над) сушей. Эта поверхность принимается за математическую поверхность Земли, или, как ее называют в обиходе, "уровень моря", от которого отсчитывают высоты точек суши (так называемые ортометрические высоты). Реальная форма геоида весьма сложна и зависит от распределения масс и плотностей в теле Земли. Точно установить положение поверхности геоида на суше очень сложно, поскольку измерения силы тяжести выполняются на физической поверхности Земли, а затем довольно сложными приемами редуцируются на математическую поверхность (геоид) с некоторой долей погрешности.


я упрощения расчетов поверхности геоида и получения более точных результатов моделирования, математики применяли и применяют различные приемы (поверхность квазигеоида Молоденского, модель геоида EGM96, использующая сферические функции — гармоники и т. д.). Все эти математические приемы достаточно сложны. В последние годы заметный прогресс в получении реальной модели земной поверхности позволило получить развитие спутниковой системы измерений.

В настоящее время наиболее широкое использование получил геоцентрический эллипсоид WGS84 (World Goodetic System 1984). Он служит основой для измерения местоположений во всем мире. Система спутниковой навигации GPS сообщает координаты в системе эллипсоида WGS84 (World Goodetic System 1984).
Общеземной эллипсоид ориентируется в теле Земли согласно следующим условиям (определяемыми международными геодезическими организациями, которые организуются и направляются Международной ассоциацией геодезии, действующей по инициативе и в рамках Международного геодезического и геофизического союза):

  • Малая полуось должна совпадать с осью вращения Земли.
  • Центр эллипсоида должен совпадать с центром масс Земли.
  • Сумма квадратов отступлений геоида от общеземного эллипсоида должна быть по всей Земле наименьшей из всех возможных.

Тем не менее, некоторые погрешности и отступления от реальной поверхности имеются при любых, применяемых в настоящее время, расчетах и измерениях.
Для геодезических работ рекомендуется использовать средний эллипсоид GRS80 (Geodetic Reference System 1980), принятый Генеральной Ассамблеей Международной ассоциацией геодезии в 1979 г.

Фигура геоида связана с направлением силы тяжести и, следовательно, существенно зависит от неравномерного распределения масс в земной коре. Поэтому поверхность геоида имеет неправильную, в геометрическом отношении весьма сложную фигуру с неравномерно изменяющейся кривизной. Однако исследованиями установлено, что поверхность геоида в общем близка к поверхности эллипсоида вращения с небольшим сжатием по направлению малой (полярной) оси.
Иногда такой эллипсоид называют сфероидом.
В геодезии для обозначения формы земной поверхности часто используют термин "фигура Земли".

* * *



Математическая поверхность Земли

Рассмотрим любое тело в виде материальной точки А на физической поверхности Земли (рис. 1).
На точку А оказывают влияние две силы: сила притяжения Fп, направленная к центру Земли, и центробежная сила вращения Земли вокруг своей оси , направленная от оси вращения по перпендикуляру.

iv>
r /> Равнодействующая этих сил называется силой тяжести .
В любой точке земной поверхности направление силы тяжести, называемое ещё вертикальной или отвесной линией, можно легко и просто определить с помощью уровня или отвеса. Оно играет очень большую роль в геодезии. По направлению силы тяжести ориентируется одна из осей пространственной системы координат.
Если через точку А построить замкнутую поверхность, которая в каждой своей точке будет перпендикулярна отвесной линии (направлению силы тяжести), то данную поверхность можно принять в качестве математической при решении некоторых частных задач в геодезии.
Такая поверхность получила название уровенной или горизонтальной. Её недостаток в том, что она содержит элемент неопределенности, т. е. через любую точку можно провести свою уровенную поверхность, и таких поверхностей будет бесчисленное множество.
Для устранения этой неопределенности при решении общих геодезических задач принимается так называемая общая математическая поверхность, т. е. уровенная поверхность, которая в каждой своей точке совпадает со средним уровнем морей и океанов в момент полного равновесия всей массы воды под влиянием силы тяжести. Такая поверхность носит название общей фигуры Земли или поверхности геоида.
Геоид — выпуклая замкнутая поверхность, совпадающая с поверхностью воды в морях и океанах в спокойном состоянии и перпендикулярная к направлению силы тяжести в любой её точке (см.

с.1
).
Из-за неравномерного распределения масс внутри Земли геоид не имеет правильной геометрической формы, и в математическом отношении его поверхность характеризуется слишком большой сложностью. Поэтому там, где это допустимо, поверхность геоида заменяется приближенными математическими моделями, в качестве которых принимается в одних случаях земной сфероид, в других — земной шар, а при топографическом изучении незначительных по размеру территорий — горизонтальная плоскость, т. е. плоскость, перпендикулярная к вертикальной линии в данной точке.

геодезия и поверхность Земли

Земной сфероид — эллипсоид вращения, который получается вращением эллипса вокруг его малой оси b (см. рис.1), совпадающей с осью вращения Земли, причем центр эллипсоида совмещается с центром Земли.
Размеры эллипсоида подбирают при условии наилучшего совпадения поверхности эллипсоида и геоида в целом (общеземной эллипсоид) или отдельных его частей (референц-эллипсоид). Фигура референц-эллипсоида наилучшим образом подходит для территории отдельной страны или нескольких стран. Как правило, референц-эллипсоиды принимают для обработки геодезических измерений законодательно.

>

Размеры земного эллипсоида в разное время определялись многими учеными по материалам градусных измерений. В США, Канаде, Мексике, Франции при создании карт пользуются размерами эллипсоида Кларка, в Финляндии и некоторых других странах — размерами эллипсоида Хейфорда, в Австрии — размерами эллипсоида Бесселя .
Наиболее удачная математическая модель Земли в виде референц-эллипсоида была предложена проф. Ф. Н. Красовским с большой полуосью a = 6378245 м, малой — b = 6356863 м и коэффициентом сжатия у полюсов α = (a-b)/a = 1/298.3 ~ 1/300.
Постановлением Совета Министров СССР № 760 от 7 апреля 1946 года эллипсоид Красовского принят для территории нашей страны в качестве математической поверхности Земли.
В инженерной геодезии для практических расчетов за математическую поверхность Земли принимают шар со средним радиусом R = 6371.11 км. Объем шара равен объему земного эллипсоида.

Если на поверхности такого эллипсоида выделить фигуру в виде треугольника со сторонами примерно 25 км каждая, то окажется, что все линии в пределах поверхности этого треугольника, проложенные по поверхности эллипсоида, будут различаться по длине всего на 20 мм от длины прямых линий, соединяющих одноименные точки.
Такая разница для многих вычислений и измерений является настолько незначительной, что ей можно пренебречь и считать данные линии спроектированными не на сферическую поверхность, а на плоскость. Этим приемом пользуются при составлении планов и крупномасштабных карт.
Таким образом, участок сферической поверхности Земли в пределах треугольника со сторонами в 25 км (площадью до 320 кв. км) можно принять за плоскость.
При геодезических измерениях, не требующих повышенной точности, за плоскость условно принимается и окружность на поверхности Земли радиусом до 10 км.


* * *

Физическая поверхность Земли

При топографическом изучении физической поверхности Земли надводная и подводная части рассматриваются отдельно. Надводная часть (суша) — местность (территория) является предметом изучения топографии. Подводную часть — акваторию (поверхность, покрытую водами морей и океанов) изучает океанография. В свою очередь местность разделяют на ситуацию и рельеф.
Ситуацией называют совокупность постоянных предметов местности: рек, озер, растительного покрова, дорожной сети, населенных мест, сооружений и т. п. Границы между отдельными объектами ситуации называются контурами местности.
Рельефом (от лат. "relevo" — поднимаю) называют совокупность неровностей суши, дна океанов и морей, разнообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития.
О рельефе местности можете почитать отдельные статьи сайта.

Рельеф как совокупность неровностей физической поверхности Земли рассматривается по отношению к её уровенной поверхности.
Рельеф слагается из положительных (выпуклых) и отрицательных (вогнутых) форм и образуется главным образом в результате длительного одновременного воздействия на земную поверхность эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов.
Рельеф изучает раздел геодезии — геоморфология.


* * *

Уровненная поверхность и горизонтальное проложение

Источник: granit2006.ru

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).

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.


а 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.

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.

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.

Источник: topography.ltsu.org

Какую форму имеет Земля

С того момента как человек получил доступ в космос, ему открылись невообразимые возможности для исследования. Практически сразу, закрыли вопрос формы нашей Земли. В основном, все ученные стремятся обобщить и приблизить форму к какой-то определённой фигуре. Если быть совсем точным, наша Земля просто неправильной формы, которую описать невозможно, так как она постоянно изменяет её.

Неописываемая математически фактическая форма земли

Какой Земля казалась людям раньше

Самыми причудливыми и невероятными формами описывали планету раньше:

  • Греки думали, что она плоская и окружена океаном, к которому нельзя достигнуть. Аполлон на своей колеснице озарял небо каждое утро, а звезды тонули в этом океане и возрождались ночью.
  • Индийцы верили в то, что Земля опирается на четырёх слонов, которые стояли на огромной черепахе, а она в свою очередь плавала в молочном море и была обвита ещё большей змеёй.
  • Китайцы видели Землю в виде прямоугольника стоящего на колонах, над которым раскинулось круглое небо. Дракон погнул одну из колон и поэтому солнце постоянно садилось на западе, а всходило на востоке.
  • Древние славяне принимали её за огромное дерево, которое соединяло все 7 миров, на верху этого дерева был остров Буян. Там жили прародители всех зверей.
  • Для Египтян, Земля имела такую структуру: снизу богиня почвы, сверху небо, по нему плывет бог солнца от рассвета до заката.
  • Древним Майя она казалась квадратной, а небо держалось на 5 деревьях, на востоке — красное, на севере — белое, на западе — чёрное, на юге — желтое, в центре — зелёное первоначальное дерево. Окраска деревьев, соответствовала цвету солнца в разные периоды суток.
    Неописываемая математически фактическая форма земли

Источник: travelask.ru

Размер земли: масса, объем, окружность и диаметр

Как крупнейшая из планет земной группы, Земля имеет оценочную массу 5.9722±0.0006×1024 кг. Ее объем также является самым большим из этих планет и составляет 1.08321×10¹² км³.

Кроме того, наша планета наиболее плотная из планет земной группы, так как состоит из коры, мантии и ядра. Земная кора является самым тонким из этих слоев, в то время как мантия составляет 84% объема Земли и простирается на 2900 км ниже поверхности. Ядро является той составляющей, которая делает Землю самой плотной. Это единственная планета земной группы с жидким внешним ядром, окружающим твердое, плотное внутреннее ядро.

Средняя плотность Земли составляет 5,514×10 г/см³. Марс, самая маленькая из землеподобных планет Солнечной системы, имеет лишь около 70% от плотности Земли.

Земля, также классифицируется как самая большая из планет земной группы по окружности и диаметру. Экваториальная окружность Земли составляет 40 075,16 км. Она немного меньше между Северным и Южным полюсами — 40 008 км. Диаметр Земли у полюсов составляет 12 713,5 км, а на экваторе — 12 756,1 км. Для сравнения, самая большая планета в Солнечной системе, Юпитер, имеет диаметр 142 984 км.

Форма Земли

Окружность и диаметр Земли различаются, потому что ее форма представляет сплющенный сфероид или эллипсоид вместо истинной сферы. Полюса планеты немного сплющиваются, что приводит к выпуклости на экваторе и, следовательно, к большей окружности и диаметру.

Экваториальная выпуклость Земли составляет 42,72 км и вызвана вращением и гравитацией планеты. Сама гравитация заставляет планеты и другие небесные тела сжиматься и формировать сферу. Это связано с тем, что она тянет всю массу объекта как можно ближе к центру тяжести (земное ядро в данном случае).

Поскольку планета вращается, то сфера искажается центробежной силой. Это сила, которая заставляет объекты перемещаться наружу от центра тяжести. Когда Земля вращается, наибольшая центробежная сила на экваторе, поэтому она вызывает небольшую наружную выпуклость, придавая этой области большую окружность и диаметр.

Местная топография также играет роль в форме Земли, но в глобальном масштабе она незначительная. Наибольшее различия в местной топографии по всему миру — это гора Эверест, высочайшая точка над уровнем моря — 8 848 м и Марианская впадина, самая низкая точка ниже уровня моря — 10 994±40 м. Эта разница составляет всего лишь около 19 км, что очень незначительно в планетарных масштабах. Если рассматривать экваториальную выпуклость, то высшая точка мира и место, наиболее отдаленное от центра Земли — это вершина вулкана Чимборасо в Эквадоре, который является самым высоким пиком вблизи экватора. Его высота составляет 6 267 м.

Геодезия

Для правильного изучения размеров и формы Земли используется геодезия, отрасль науки, ответственная за измерение размера и формы Земли с помощью обследований и математических расчетов.

На протяжении всей истории, геодезия была важной отраслью науки, так как ранние ученые и философы пытались определить форму Земли. Аристотель — первый человек, которому приписывают попытку рассчитать размер Земли и, следовательно, ранний геодезист. Затем последовал греческий философ Эратосфен, оценивший окружность Земли в 40 233 км, что лишь немного больше принятого в наши дни измерения.

Чтобы исследовать Землю и использовать геодезию, исследователи часто ссылаются на эллипсоид, геоид и референц-эллипсоид. Эллипсоид является теоретической математической моделью, которая показывает гладкое, упрощенное представление о поверхности Земли. Он используется для измерения расстояний на поверхности без учета таких факторов, как изменения высоты и формы рельефа. С учетом реальности земной поверхности, геодезисты используют геоид — модель планеты, которая строится с помощью глобального среднего уровня моря и, следовательно, принимает во внимание перепады высот.

Основой геодезии на сегодняшний день являются данные, которые выступают в качестве ориентиров для глобальных геодезических работ. Сегодня такие технологии, как спутники и глобальные системы позиционирования (GPS), позволяют геодезистам и другим ученым делать чрезвычайно точные измерения поверхности Земли. На самом деле они настолько точны, что позволяют получать данные о поверхности Земли с точностью до сантиметров, обеспечивая наиболее точные измерения размера и формы Земли.

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Источник: NatWorld.info

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.

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.

Источник: ECOportal.info