современные характеристики формы земли и графическое отображение некоторых параметров
Общие параметры Земли. Форма и размеры Земли
Общая характеристика нашей планеты (по В.Н. Сальникову) может быть представлена в виде перечня следующих параметров:
— средняя плотность 5,517 г/см 3 ;
Уже в 6 веке до нашей эры люди знали, что Земля шар. Пифагор и Аристотель отмечали, что при движении с севера на юг происходит изменение положения полярной звезды. Об этом же свидетельствовали восходы и закаты Солнца, лунные затмения (тень Земли на Луне в виде части круга). Эратосфен измерил длину одного градуса и тоже сделал вывод о шаровой форме Земли. Ньютон первый доказал, что Земля у полюсов сплюснута, то есть Земля является не шаром, а эллипсоидом.
Дальнейшие исследования показали, что форма Земли очень сложна и не соответствует ни одной правильной геометрической фигуре. Поэтому при определении размеров и формы Земли считают, что она ограничена поверхностью геоида (ге – земля, идио – подобие) – воображаемой поверхностью. Под геоидом понимают уровненную поверхность, всюду перпендикулярную к действительному направлению отвеса, т.е. силы тяжести. Она совпадает с зеркалом воды в океанах и морях (в состоянии покоя). Под материками она представляет как бы мысленное продолжение поверхности океана. Эта фигура, поверхность которой на суше выше поверхности эллипсоида на несколько десятков метров, а в океанах на столько же ниже. Вдоль экватора у геоида есть несколько впадин и выпуклостей с амплитудой не более 200 м. Таким образом, геоид это фигура не столько геометрическая (как эллипсоид), сколько физическая.
При геодезических работах все абсолютные высоты и глубины определяются по отношению к уровню моря, т.е. поверхности геоида. Расчеты показали, что истинная фигура Земли ближе к трехосному эллипсоиду вращения, малая полярная ось которого является осью вращения.
Рельеф и гипсографическая кривая поверхности Земли
К мегаэлементам рельефа относятся материки и океаны. Отметим то, что есть необъяснимые тенденции в группировке материков парами (Северная и Южная Америки, Европа – Африка, Азия – Австралия), в образовании форм в виде треугольников, обращенных на север, в неравномерном распределении на поверхности Земли (в одном полушарии). Немецкий ученыйВегенер в начале ХХ века, опираясь на гипотезы де Бомона, открытия в Альпах колоссальных горизонтальных перемещений и сходство границ различных материков, пришел к выводу, что главными силами в развитии Земли являются горизонтальные движения. Макроэлементы рельефа материков – это хребты, кряжи, равнины, низменности. Равнины занимают большую часть материков. Мезоэлементы рельефа материков – это отдельные горы, долины рек, впадины озер. Высочайшая гора на Земле Эверест (Джомолунгма) в Гималаях (8848 м от уровня океана, от центра Земли – 6 384 412 м.). Микроэлементы рельефа материков – это овраги, берега рек, озер, морей и т.п.
Зоны перехода между континентами и океанами не везде одинаковы. К элементам переходной зоны между материками и океанами относят окраинные моря (Охотское, Японское, Южно – Китайское и др.), островные дуги (Япония, Филиппины и др.), глубоководные впадины (желоба- 7-11 км), отделяющие островные дуги от ложа Мирового океана.
Наглядное представление о рельефе Земли дает гипсографическая кривая соотношения площадей, занятых на поверхности Земли различными абсолютными высотами и глубинами. Для построения гипсографической кривой по оси ординат откладываются высоты и глубины, а по оси абсцисс – площади, занятые этими высотами и глубинами в млн. км 2 (или в % от общей площади земной поверхности) (рис. ).
(Из работы Г.П. Горшкова, А.Ф. Якушовой, 1962).
Таким образом, гипсографическая кривая отражает обобщенный идеальный профиль земной поверхности. Из нее видно, что на суше преобладают высоты менее 1000 м (75 % площади), а в океане глубины от 3000 до 6000 м. Средняя высота материков 850 м, средняя глубина океанов 3800 м. Из 510 млн. км 2 земной поверхности на долю океана приходится 361 млн. км 2 (70,8 %), а суша занимает всего 149 млн. км 2 (29,2 %).
Возвышенности на материках располагаются в виде 2-х поясов: один приурочен к Тихоокеанскому побережью и включает горы Восточно-Азиатских островов, Кордильеры, Анды, Антарктические Анды. Самая высокая гора этого пояса – Аконкагуа – высота 6960 м.
Второй пояс включает: Пиренеи, Атлас, Альпы, Апеннины, Балканы, Кавказ, Памир, Гималаи, горные цепи Индокитая и Малайского архипелага. Наивысшая вершина этого пояса – Эверест.
Масса и плотность Земли
Для определения плотности вещества недр Земли на различных глубинах используют, прежде всего, скорости распространения сейсмических волн, данные о распределении силы тяжести, движении полюсов, приливах, вызванных притяжением Луны, Солнца и т.п.
Наиболее широко применяются сейсмические методы, основанные на изучении путей и скоростей распространения упругих колебаний внутри Земли, возникающих при землетрясениях или искусственных взрывах.
Среди упругих колебаний, возникающих в очаге землетрясения, выделяют продольные, поперечные и отчасти поверхностные волны. В продольных волнах частицы материи колеблются в направлении движения волны (вдоль сейсмического луча). При этом создаются участки сжатия и растяжения, распространяющиеся во все стороны от очага землетрясения. Такие волны можно рассматривать как реакцию среды на внезапное изменение объема, а т.к. изменению объема сопротивляются все агрегатные состояния вещества, то продольные волны могут распространяться в твердых, жидких и газообразных средах. Продольные волны распространяются быстрее других и первыми доходят до места наблюдения.
В поперечных волнах частицы материи колеблются в плоскости перпендикулярно к направлению сейсмического луча. Эти волны представляют собой реакцию среды на изменение формы и поэтому могут распространяться только в твердых телах (жидкости и газы изменениям формы не сопротивляются). Поперечные волны распространяются медленнее продольных волн и доходят до поверхности вторыми.
Поверхностные волны могут возникать только у свободной поверхности упругой среды (например, у поверхности раздела Земля – воздух) и быстро затухают по мере удаления от этой поверхности.
Если бы Земля была однородной и состояла бы всюду из вещества с одинаковыми твердостью, плотностью, то скорость распространения упругих колебаний была бы всюду одинакова и волны распространялись бы только прямолинейно. Однако распространение их происходит сложнее. Скорость распространения сейсмических упругих волн, их сила и частота меняются с изменением состава или свойств пород. Установлено, что продольные волны изменяют скорость на определенных глубинах скачками. На этих же глубинах резко меняется и направление сейсмических лучей – происходит их преломление и даже частичное отражение (рис. ).
(из работы Н.В.Короновскому, 2002)
Подобные изменения довольно четко наблюдаются на глубинах от 5 до 80 км, 2900 км (граница внешнего ядра Земли) и 5100 км (граница внутреннего ядра Земли). Это так называемые поверхности раздела I порядка. Первая из них нижняя граница земной коры именуется поверхностью мохоровичича («мохо») по имени югославского ученого, открывшего ее в 1909 г. при изучении сейсмограмм землетрясения на Балканах. Ниже границы земной коры находится мантия земного ядра. В ней в области верхней мантии выявлена (1926 г.) астеносфера – слой Гуттенберга. В нем происходит замедление скоростей поперечных волн, свидетельствующее о пластичном состоянии его.
На глубине 2900 км наблюдается особенно резкое преломление продольных волн, а поперечные затухают, что доказывает резкое изменение физических свойств на этой глубине (рис. а). Это граница мантии и внешнего ядра, которое является жидким. На это же указывают наблюдения за суточной «болтанкой» (нутацией) «земной оси». Суточная нутация отсутствовала бы в случае твердого ядра. Следующий скачек продольных и генерация поперечных волн происходит на глубине 5100 км и это отражает границу между жидким внешним и твердым внутренним ядрами Земли.
Рис. 1. Характер распространения сейсмических волн (а) через геосферы
Земли и изменение средней плотности (б) (по М.Б. Сергееву, 2000)
Плотность пород ниже границы «мохо» меняется примерно от 3 г/см 3 до 5,5 г/см 3 в мантии на границе с ядром, а затем скачкообразно от 9,9 г/см 3 до 10,8 г/см 3 в верхней мантии и затем до 12,5 г/см 3 в центре Земли (рис. б).
Естествознание.ру
Планета Земля
Земля невероятно красива и разнообразна. Она кажется нам настолько родной и привычной, что порой мы даже не осознаем ее уникальности. Наша планета — единственное астрономическое тело в обозримой Вселенной, где зародилась и существует жизнь. Ученые до сих пор пытаются найти ответ на вопрос, когда и почему это произошло именно на Земле.
История Земли не единственное, что увлекает людей уже много лет. С развитием человечества росло и желание исследовать неизвестные части мира. Оно породило волну открытий, благодаря которым состоялся грандиозный прорыв в познаниях о планете, были описаны новые материки, острова, океаны, произошел кардинальный переворот в привычных представлениях о мире. Казалось бы, сегодня на Земле не осталось места для географических открытий, но в мире по-прежнему обнаруживаются новые виды, уникальные природные образования, новые свидетельства прошлого.
Вместе с освоением планеты вскрылась и ее уязвимость. Появившись на Земле, человек стал переделывать все вокруг под себя. Возводил города, чтобы жить с комфортом, возделывал поля, чтобы не голодать, строил заводы, чтобы производить удобные вещи. Люди беспрерывно изменяют мир, чтобы сделать его богаче и безопаснее, а он, к сожалению, становится все опаснее и беднее. В наши дни Земля по-прежнему нуждается в изучении, только теперь первостепенно не открытие чего-то неизвестного, а поиск оптимальных отношений между Землей и человеком.
Форма и размеры Земли
Традиционно принято считать, что Земля имеет форму шара. Однако это не совсем так.
Первые исследователи считали, что Земля плоская и представляет собой диск, плавающий на поверхности воды. Их взгляды кардинально изменил Аристотель, который не просто предположил, что наша планета круглая, но и доказал это. Сегодня для простоты Землю также называют шаром. Однако не секрет, что из-за вращения вокруг своей оси и возникающей при этом центробежной силы наша планета не может иметь абсолютно шарообразную форму.
Параметры Земли
Соотношение размеров Солнца, Земли и других планет Солнечной системы
Земля — эллипсоид?
Первоначально предполагалось, что Земля имеет форму эллипсоида — она несимметрична и сплюснута у полюсов. Подтверждением этому служит тот факт, что экваториальный радиус на 21,4 км больше, чем расстояние от центра Земли до полюсов (полярный радиус). Кроме того, более точные измерения показали, что расстояние от экватора до Северного полюса меньше, чем до Южного.
Наглядная разница между шаром и эллипсоидом
А может, все-таки геоид?
Эллипсоид (как и шар) — идеальная форма, которую в действительности Земля не может иметь. Данная форма удобна для проведения математических расчетов, поэтому часто используется. Реальная же форма Земли далека от эталона. Она определяется неровностями рельефа материков и океанического дна, такими как впадины и возвышенности, и называется геоидом (что в переводе с греческого языка означает «землеподобный»).
Сравнение поверхностей. Геоид — форма Земли, полученная мысленным продолжением поверхности Мирового океана под континентами
Движение Земли
Сквозь бескрайние просторы Вселенной, среди бесчисленного множества звезд мчится планета, которую мы называем своим домом, — Земля. Нам она кажется необъятным миром, но это лишь иллюзия. В суматохе дней мы редко всматриваемся в небо и не осознаем, что в необозримой пустоте космоса наша планета не более чем песчинка, на которой возникло чудо жизни.
Земля — космическое тело, а мы — космонавты, совершающие длительный полет вокруг Солнца и бороздящие, не думая о том, просторы Вселенной. На протяжении веков люди пытались выяснить, что из себя представляет этот «космический корабль», пассажирами которого они стали. Какой он формы, с какой скоростью мчится? Благодаря человеческому любопытству, упорству исследователей, а затем и научно-техническому прогрессу сегодня почти на все вопросы о Земле у нас есть точные ответы.
Земля, как и другие планеты солнечной системы, находится в постоянном движении. Движение — это жизнь. Данное утверждение справедливо не только для человека, но и для нашей планеты. Каждую секунду мы перемещаемся в космическом пространстве со скоростью около 30 км/с, совершая не одно, а несколько типов движения.
Два основных типа движения Земли и их следствия: а) осевое вращение; б) орбитальное вращение.
Осевое вращение
Первое и наиболее ощутимое для нас — движение Земли вокруг своей оси. День сменяет ночь, а ночь сменяет день, обеспечивая бесконечное течение времени. Наверное, каждый человек хотя бы раз в жизни хотел, чтобы в сутках было больше чем 24 ч, ведь их не всегда хватает на запланированные дела. Оказывается, времени и того меньше! Полный оборот вокруг своей оси Земля совершает за 23 ч 56 мин 4,1 с.
Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток
Движение Земли вокруг своей оси во многом напоминает запущенный волчок, ось которого при постепенном замедлении начинает описывать в пространстве конусы. Перемещаясь в космическом пространстве, подобные действия совершает и земная ось, что с течением времени неизбежно приводит к изменению координат светил на звездном небе. Полный цикл земной прецессии составляет около 25 800 лет.
Орбитальное вращение
Второй тип движения — вращение вокруг Солнца. Его наша планета совершает не по строго круговой орбите, а по слегка вытянутой в форме эллипса. Самая близкая к нашему светилу точка земного пути называется перигелием, а самая дальняя — афелием. В афелии мы находимся в июле, а в перигелии — в январе. Земля парит в пространстве не строго перпендикулярно своей орбите, а под наклоном, равным 23,5°. Наклон земной оси и орбитальное вращение обеспечивают неравномерный нагрев поверхности планеты в течение года, из-за чего происходит смена времен года.
Если рассматривать движения Земли в космических масштабах, то можно заметить, что в этих периодах нет круглых чисел, к которым мы привыкли. Например, звездный год — точное время оборота Земли вокруг Солнца — составляет 365 сут. и 6 ч. Лишние шесть часов мы отбрасываем в течение трех лет. Впоследствии они накапливаются и добавляются к каждому четвертому году, который называется високосным.
Схема движения Земли вокруг Солнца
Наша планета движется не только вокруг Солнца, но и вместе с ним. Ежесекундно Солнечная система преодолевает огромные световые расстояния вокруг общего центра Млечного Пути. Как это движение влияет на Землю, до конца не изучено. Полный галактический год составляет около 280 млн лет.
Древние и современные научные изыскания о форме Земли
Форма Земли со времен доказательства Христофора Колумба уже была известна.
Когда Христофор Колумб достиг берегов Америки, он полагал, что достиг своей цели – Индии, поскольку искал иной, более легкий путь на другую сторону мира. Его путешествие, как и путешествия других мореплавателей того периода, уже основывалось на представлении о шарообразности планеты.
Кроме того греческие философы Аристотель, Посидоний, Александрийский философ Эратосфен первые доказывали что Земля круглая.
История доказательств шарообразности Земли
При наличии всевозможных удивительных взглядов на мир, на положение планеты в Космосе и на ее внутреннее устройство, концепция о шарообразности Земли была сравнительно быстро принята и доказана. Лишь некоторые арабские и индийские цивилизации продолжали придерживаться представления о том, что планета плоская и стоит на подставке.
В древнем мире отцом идеи о шарообразности Земли был Пифагор и его школа, а первые измерения, проведенные греческими учеными-геометрами, были исключительно точными. Принципы измерения, использованные греками – простая геометрия треугольников – использовались еще в недалеком прошлом при измерении формы Земли.
В настоящее время классические геометрические методы заменены искусственными спутниками Земли, с помощью которых проводится не только измерение, но и взвешивание земного шара.
Современное представление фигуры нашей планеты
При взгляде на глобус Земля представляется в виде совершенного, идеального шара. Также она выглядит и с космического тела. Но уже ученые Возрождения, и среди них известный Исаак Ньютон, сделали вывод о том, что Земля имеет несколько сплющенную форму.
Аргументы в пользу этого факта были весьма разнообразными, поэтому одни считали, что Земля сплюснута на полюсах, другие – в области экватора.
Французская академия наук послала две научные экспедиции на разные места земного шара – в область экватора и в полярную область. Экспедиции попытались измерить сжатие и пришли к заключению, что планета сплющена на полюсах, поэтому экваториальный радиус несколько длиннее, чем полярный.
Из этого вытекает и тот факт, что гравитационное ускорение (или сила притяжения) неодинаково на полюсах и на экваторе. В процентах эта разница составляет 0,3% общего среднего значения.
Форму Земли можно характеризовать как ротационный эллипсоид, а не шар. Еще точнее планета имеет форму геоида, то есть фигура, ограниченная поверхностью, которая в данном месте пересекает направление отвесной линии под прямым углом.
Геоид весьма сложен по форме, и каждая крупная масса, например, высокие горные массивы, оказывают влияние на его форму.
В настоящее время форма Земли выводится из измерения гравитационного ускорения, которое производится не на нашей планете, а в Космосе, на спутниках. Движение спутников испытывает изменения в гравитационном поле. Анализируя траекторию, можно определить гравитацию, а потом и форму нашей планеты.
Сила тяжести и масса нашей планеты
С величиной силы тяжести связана масса и форма Земли, известная с тех пор, когда Исаак Ньютон сформулировал закон о взаимном притяжении тел, известный со школьной скамьи.
Английскому ученому Генри Кэвендишу более двухсот лет тому назад удалось в лаборатории измерить величину гравитационной константы, которая не отличается от полученных значительно позже с помощью гораздо более сложных и точных приборов.
Земля более чем в 81 раз тяжелее Луны, но в 100 тысяч раз легче Солнца.
При сравнении объема Земли и ее массы видно, что она обладает довольно высокой удельной плотностью, что намного больше, чем плотность горных пород на ее поверхности. И хотя примерный возраст Земли известен, но за это время человечество не смогло проникнуть глубоко вовнутрь планеты.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ЗЕМЛИ
Человек всегда хотел ориентироваться в окружающем мире. Человек стремился представить Землю в виде изображения которое помогло бы ему ориентироваться в окружающем мире.
Земля ни шар, ни эллипс и не имеет форму, которую можно выразить математически. Поэтому человечество стремилась максимально точно определить истинную форму Земли, используя разные методы.
Позже с изучением гравиметрии у человека появилась новая цель в изучении формы Земли – это максимально точно определить форму и размер Земли не только для составления карт, но и для построения физических теорем. Зная которые человек лучше воспринимал природу и процессы, проходящие в ней.
Краткий исторический обзор
Земля – третья планета от солнца и наиболее крупный и наиболее сложный динамический объект из всех внутренних планет.
Обычно под фигурой Земли понимают тело, ограниченное ее физической поверхностью и невозмущенной поверхностью морей и океанов. При определении фигуры Земли не нужно подробно изображать ее физическую поверхность в виде карт, достаточно определить положение на ней сети точек в единой пространственной системе координат. В формировании Земли существенную роль играло тепло недр и процессы радиоактивного распада. Формирование земной коры происходило в течении длительного периода, который по данным палеонтологии разделен на эры, периоды, эпохи, века. Большую роль в эволюции Земли сыграло наличие гидросферы и появление органической жизни на ней[1].
Ее орбита находится между орбитами Венеры и Марса. Она движется вокруг Солнца со средней скоростью 29,765 км/с по эллиптической, близкой к круговой орбите (эксцентриситет 0,0167). Среднее расстояние от Солнца 149,6 млн. км, В перигелии оно уменьшается до 147 млн. км, а в афелии увеличивается до 152 млн. км. Период одного обращения по орбите 365,24 солнечных суток. Вращение Земли вокруг собственной оси происходит со средней угловой скоростью 7,3·10-5рад/с, что примерно соответствует периоду в 23 ч 56 мин 4,1 с. Линейная скорость поверхности Земли на экваторе – около 465 м/с. Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики под углом 66° 33′ 22′′. Этот наклон и годовое обращение Земли вокруг Солнца обуславливают исключительно важную для климата Земли смену времен года, а ее вращение вокруг оси – смену дня и ночи. Имеются и небольшие нерегулярные вариации продолжительности суток.
Изученность формы и размеров Земли на современном этапе
До половины XVII в. Землю считали правильным шаром, но потом были замечены факты, которые заставили усомниться в правильности подобного представления.
Так, астрономические часы, перевезенные в 1672 г. из Парижа в Кайену (Гвиана), стали ежедневно отставать. Чтобы добиться правильного показания времени, пришлось укоротить маятник часов. Дальнейшие наблюдения, произведенные в других местах, показали, что скорость качания маятника по мере движения от полюсов к экватору уменьшается. Первоначально это явление пытались, объяснить центробежной силой вращения Земли. Однако более точные расчеты показали, что для подобных изменений потребовалось бы увеличить скорость вращения Земли в 17 раз. Оставалась единственная возможность допустить, что уменьшение силы тяжести от полюсов к экватору зависит от полярного сжатия Земли.
Географическое значение формы и размеров Земли. Шарообразная форма Земли обусловливает неравномерное распределение тепла на земной поверхности. Солнечные лучи падают на выпуклую поверхность шара под разными углами. В экваториальной зоне они падают отвесно или почти отвесно, а при удалении от экватора угол падения солнечных лучей на земную поверхность уменьшается. В связи с этим нагревание Земли в один и тот же момент от экватора к полюсам уменьшается, что приводит к изменению климатов, к изменению условий природы на различных широтах
Вряд ли нужно много писать о форме Земли. Всем ясно, что Земля представляет собой шар, слегка сплюснутый у полюсов, т. е. так называемый эллипсоид. Однако правильное, современное представление о форме и размерах Земли было достигнуто далеко не сразу и достигалось порою в тяжелой борьбе науки с религией.
На протяжении ряда веков, через дебри схоластики и религии средневековья, пробивала себе путь истина.
Еще совсем недавно, в 1862 г., немецкий ученый П. Иоселиани, определяя «глубину толстоты земного шара», получил 4536,8 км, что в 11/2 раза меньше действительной величины. Трудно поверить, но еще в 1876 г. в Петербурге была издана брошюра под названием: «Земля неподвижна, популярная лекция, доказывающая, что земной шар не вращается ни около оси, ни около Солнца. Читана в Берлине, доктором Шепфером. Перевод с немецкого Н. Соловьева. Издание 2-е, исправленное». Мы не будем останавливаться на подобных заблуждениях, и не будем касаться истории вопроса. Рассмотрим сведения, более существенные для нас в данном случае[2].
Методы изучения фигуры Земли
Гравиметрический метод
Гравиметрия – раздел науки об измерении величин, характеризующих гравитационное поле Земли и об использовании их для определения фигуры Земли, изучения ее общего внутреннего строения, геологического строения ее верхних частей, решения некоторых задач навигации и др.
В гравиметрии гравитационное поле Земли задается обычно полем силы тяжести (или численно равного ей ускорения силы тяжести), которая является результирующей двух основных сил: силы притяжения (тяготения) Земли и центробежной силы, вызванной ее суточным вращением. Центробежная сила, направленная от оси вращения, уменьшает силу тяжести, причем в наибольшей степени на экваторе. Уменьшение силы тяжести от полюсов к экватору обусловлено также и сжатием Земли.
Сила тяжести, то есть сила, действующая на единичную массу в окрестностях Земли (или другой планеты) складывается из сил тяготения и сил инерции (центробежной силы):
где G – Гравитационная постоянная, mu – единичная масса, dm – элемент массы, R – радиус-векторы точки измерения, r – радиус-вектор элемента массы, w – угловая скорость вращения Земли; интеграл берется по всем массам.
где – широта точки измерения.
Основное содержание гравиметрии – теории и методы определения внешнего поля потенциала и силы тяжести Земли по измерениям на земной поверхности и по астрономо-геодезическим данным, исследования внутреннего строения планет, решения некоторых задач навигации.
Гравиметрия включает теорию нивелирных высот, обработку астрономо-геодезических сетей в связи с вариациями гравитационного поля Земли.
Единицей измерения в гравиметрии является Гал (1 см/с2) названная в честь итальянского учёного Галилео Галилея.
Определение общего земного сфероида
Обозначим большую полуось сфероида (экваториальный радиус) через a, малую (полярный радиус) — через b; отношение (a-b)/a называется сжатием земного сфероида α. На величину a влияет не только скорость вращения планеты на своей оси, но и характер (степень однородности) внутреннего строения планеты. Наиболее правильно и точно представляет общую фигуру Земли в целом эллипсоид, вычисленный Ф. Н. Красовским и его сотрудниками на основании новых данных, полученных при обработке градусных измерений СССР, Западной Европы и США. Следовательно, экваториальный диаметр Земли равен 12756,5 км, длина земной оси 12713,7 км, а полярный радиус короче экваториального всего на 21,4 км, в связи с чем среднее полярное сжатие настолько ничтожно, что земной сфероид практически почти не отличается от правильного шара. Величина сжатия у таких планет, как Юпитер, Сатурн и Уран, много больше: она равна соответственно 1 : 15,4; 1 : 9,5 и 1 : 14. Их большее сжатие объясняется наличием атмосфер огромной протяжённости и тем, что они вращаются на своих осях почти в два с половиной раза быстрее, чем Земля. Средним радиусом Земли принято считать радиус шара, одинакового по объёму с земным сфероидом, а именно 6371,110 км. Вычислено, что поверхность земного сфероида составляет округлённо 510 млн. кв. км, а объём 1,083 X 1012 куб. км. Длина окружности меридиана 40008,548 км. Работы по вычислению нового эллипсоида показали, что Земля есть, в сущности, трехосный эллипсоид. Это означает наличие у неё не только полярного, но и экваториального сжатия, которое, впрочем, равно всего 1 :30 000. Следовательно, земной экватор — не окружность, а эллипс; наибольший и наименьший радиусы экватора отличаются на 213 м. Однако принятие трехосного эллипсоида в геодезических работах сильно усложнило бы эти работы и не принесло бы особых практических выгод. Поэтому фигуру Земли в геодезии и картографии рассматривают как двухосный эллипсоид[3].
Космический метод
Космическая геодезия — наука, изучающая использование результатов наблюдений искусственных и естественных спутников Земли для решения научных и научно-технических задач геодезии. Наблюдения выполняют как с поверхности планеты, так и непосредственно на спутниках. Космическая геодезия получила широкое развитие с момента запуска первого искусственного спутника Земли.
Одной из задач космической геодезии является изучение фигуры Земли, Луны и планет с использованием спутниковых измерений.
С момента запуска искусственного спутника Земли 1958 год, перед геодезией были поставлены новые задачи, это наблюдения за искусственными спутниками Земли но орбите и определение пространственных координат точек Земной поверхности, создание опорной геодезической сети.
Влияние отклонений реальных орбит искусственных спутников Земли от вычисленных по формулам Кеплера, позволяет уточнить представление о гравитационном поле Земли и в конечном результате о ее форме[4].
Геометрический метод
Астрономо-геодезический метод основан на использовании градусных Измерений, суть которых сводится к определению линейных величин градуса дуги меридиана и параллели на разных широтах.
Достаточную точность такие измерения достигли после разработанного голландским ученым Снелниусом методом триангуляции, сущность которого заключается в решении ряда треугольников примыкающих друг к другу и составляющих цепочку между конечными пунктами измерений дуги, по результатам угловых измерений в треугольниках можно вычислить искомое расстояние. Метод триангуляции позволил определять длину линий, сократив до минимума дорогостоящие и трудоемкие линейные измерения. При этом исходят из построения всего одной линии небольшой (5 – 10 км) длины – такая линия в геодезии называется базисом, и она закрепляется на поверхности Земли специальными знаками, установленными в начале и в конце. А затем с высокой точностью измеряют длинную линию (100 – 200 км), разбив ее на небольшие (20 – 30 км) отрезки, каждый из которых является стороной некоего треугольника. Получается триангуляционный ряд или цепочка треугольников, углы которых измерить гораздо проще, чем стороны (Рисунок 1). Для угловых измерений не важно, течет ли между пунктами река, расположен ли глубокий овраг или растет лес. Важно только, чтобы была прямая видимость с пункта на пункт.
(Рисунок 1) Триангуляционные ряды (диагонали ромбов – оазисные линии)
Итак, метод триангуляции, основанный на чисто математическом методе решения треугольников, стал на века главным методом производства геодезических работ. И когда великий Ньютон на основе открытого им закона всемирного тяготения сделал вывод о том, что Земля не шар, а сплюснутый у полюсов сфероид, проверить это смогли геодезисты, измерив многокилометровые дуги меридианов близ экватора и в полярной области. Две экспедиции, одна в Перу, другая в Лапландии, снаряженные в первой половине XVIII в. Французской Академией наук, завершили этап становления геодезии как научной дисциплины. Они не только блестяще подтвердили справедливость закона всемирного тяготения для фигуры Земли, но и подвели к пониманию того, что основной научной и практической задачей геодезии является изучение фигуры, размеров и гравитационного поля Земли.
При изучение формы Земли используют все эти методы (гравиметрический, астрономический, геометрический), т. к. при изучение формы Земли нельзя думать, что с помощью одного метода можно все определить. Каждый метод имеет связь с другим методом и без использования всех методов нельзя получить полную характеристику формы Земли.
Кроме значительного скачка в определение формы Земли или научного прогресса, изучение ее размеров и формы показывает развитие нации, ведь сегодня наличие собственных космических спутников предназначенных для изучения поверхности Земли, ее формы и размеров является одним из показателей развития государства[5].