какую форму имеет наша планета
Форма Земли, или что такое геоид
Всем привет. Из дискуссий о форме Земли я часто замечаю, что люди знают слово геоид, но зачастую не представляют, что именно это слово означает. Хочу тезисно осветить тему.
В последующие века геодезия (наука о фигуре Земли) продолжала развиваться, а с появлением космических аппаратов в 20 веке появилась и спутниковая геодезия, с помощью которой удалось дополнительно уточнить параметры фигуры Земли.
В качестве системы описания параметров Земли используется WGS 84 или её российский аналог ПЗ-90. В качестве отсчётного тела используется общеземной эллипсоид вращения с большой полуосью (то есть средним экваториальным радиусом) 6378 км и сжатием эллипсоида 1/298. [3]
Например сверху Северный полюс, снизу Южный, вращаем этот эллипс вокруг оси, проходящей через полюса, и получаем общеземной эллипсоид вращения. Внимание, вопрос: видите ли вы отличие этого эллипса от окружности? Вряд ли. Поэтому если вы упоминаете сплюснутость Земли сами или слышите о сплюснутости от другого человека, вспоминайте эту картинку.
В некоторых сетевых дискуссиях люди меня уверяли, что если фигура хоть сколько-то отличается от шара, то это уже не шар. Вот такая, понимаете ли, принципиальность. Мои попытки рассказать этим людям, что идеальных геометрических фигур в физической реальности не существует, были не очень успешны. И когда я демонстрировал вышеприведённую картинку и спрашивал, чем же она так отличается от окружности, мне либо говорили, что я рисую вообще что-то не то, либо разводили руками.
Из вышесказанного вы уже понимаете, что вторым приближением к форме Земли является общеземной эллипсоид вращения (с вышеуказанными величинами большой полуоси и сжатия). Если представить себе Землю без суши, с ровным дном и без неоднородных вкраплений (плотные породы и тому подобное), то форма Земли (а именно поверхность мирового океана) с хорошей точностью совпадала бы с эллипсоидом вращения.
К слову, эллипсоид вращения и образовался как раз из-за суточного вращения нашей планеты, и когда возникает вопрос «почему нет горба воды в районе экватора из-за вращения», я отвечаю, что «горб» как раз есть, но он размазан между экватором и полюсом. Сумма гравитационной и центробежной сил как раз и дают направление силы тяжести (локальной вертикали), которая практически перпендикулярна к нашему эллипсоиду.
Практически перпендикулярна, однако в следующем, третьем приближении, есть отклонения направления силы тяжести (называется уклонением отвеса), связанные с неоднородностями: неровная поверхность суши и дна водоёмов, а также неравномерное распределение плотностей во внутренней структуре Земли. Это приводит к тому, что реальная поверхность мирового океана отличается от эллипсоида на величины до 100 метров. Такая уровенная поверхность невозмущённой поверхности мирового океана, причём продолженная под континентами, и называется геоидом. [4]
Так выглядит карта высот геоида относительно эллипсоида:
Понятно, что если на глаз трудно отличить даже 20-километровую сплюснутость Земли (эллипсоид в сравнении с шаром), то отличия геоида от эллипсоида в десятки метров в масштабе были бы тем более незаметны. Поэтому для целей визуализации отличий геоида от эллипсоида (не от шара, подчёркиваю) была сделана картинка, в которой эти отличия были утрированы на несколько порядков. А затем эту картинку кто-то вбросил со словами «так выглядит Земля без воды!» И почему-то этот вброс в своё время приобрёл вирусный характер, и до сих пор многие так и продолжают считать, что это форма Земли без воды:
Ну и завершим мы такой, например, вполне подходящей картинкой, на которой не в масштабе, а условно приведены разные поверхности всех трёх приближений к форме Земли (сфера, эллипсоид вращения, геоид):
[1] Эти измерения проводили с помощью триангуляционной разметки на Земле и последующих астрономических измерений высоты кульминации выбранной звезды.
[3] Приведённые значения округлены, более точные значения составляют 6378136 метров и 1/298.258.
Почему Земля круглая и откуда возникли теории о плоской Земле
Почему Земля круглая и откуда возникли теории о плоской Земле: Pexels
«Если Земля не плоская, мы бы с нее свалились. Фотографии из космоса — подделка, а гравитация — это лишь миф системы образования». Почему тысячи людей по всему миру становятся последователями теории плоской Земли? Давайте разбираться.
Почему Земля круглая?
Наша Земля, как и другие планеты Солнечной системы, имеет шарообразную форму из-за своей большой массы. Чем больше масса тела, тем больше его собственная сила гравитации. Например, мы с вами еще не улетели в открытый космос потому, что Земля притягивает нас к себе. Изначально именно благодаря силе гравитации из газопылевого облака образовалась Земля.
На этом этапе она была значительно меньше в размерах. Но со временем начала увеличиваться, притягивая к себе газ и пыль. Она росла, пока ее поверхность не стабилизировалась на равном расстоянии от центра. Чем больше становилась наша планета, тем больше увеличивалась ее масса и тем сильнее происходило ее сжатие.
Следуя законам физики, любое сжимающееся тело нагревается. Молодые планеты нагреваются настолько сильно, что начинают плавиться и переходить в жидкое состояние. А жидкость, в свою очередь, легко принимает форму шара, о чем интересно рассказывает испанский профессор математики Рауль Ибаньес.
Любое тело может стать «круглым» под действием собственной силы тяготения, если эта сила достаточно большая, а само тело — достаточно пластичное. В идеале, жидкое или газообразное, поскольку жидкости и газы легче всего обретают форму шара при накоплении большой массы и, как следствие, гравитации.
Планеты идеально подходят для этого, потому что внутри они жидкие: под тонким слоем твердой коры у них жидкая магма. На нашей планете мы можем наблюдать магму при извержении вулканов.
Получается, что сама сила тяготения «стремится» придать Земле форму шара. Чем массивнее планета, тем ближе ее форма к идеальному шару.
Наша планета не совсем идеальный шар. Она немного сплюснута с полюсов. Расстояние между полюсами приблизительно на 40 км меньше диаметра экватора, поскольку Земля вращается, а центробежная сила (та самая, которая пытается отбросить в сторону, когда мы сильно раскачиваемся на карусели) растягивает ее по экватору.
Однако что такое 40 км в масштабах Земли? Если сплющить нашу планету до размеров баскетбольного мяча, то он будет всего лишь на миллиметр не соответствовать форме идеального шара.
Для космических тел поменьше (астероиды и небольшие спутники), описанные выше законы не работают, ведь их масса значительно меньше, ее недостаточно. А вот если бы, например, астероид Эрос имел массу Земли, то он тоже был бы круглым.
Почему Земля круглая: Pexels
Теории о плоской Земле
И все-таки она круглая! Или нет? Несмотря на все, что мы с вами сегодня знаем, у некоторых людей в мире остаются сомнения насчет формы Земли. Многие до сих пор верят, что Земля плоская.
Как возникла теория о плоской Земле?
Концепция плоской Земли берет свое начало в космогонической мифологии многих древних народ (Древний Египет и Вавилон, ранний индуизм и буддизм). Например, древние египтяне верили, что плоская Земля лежит под куполом неба, по которому круглый шар солнца проходит свой путь — от восхода до заката.
Такое видение устройства мира отображалось в древней живописи, где Земля, Солнце и небо представлены в виде человекоподобных богинь. Греки же считали, что Земля плывет по бескрайнему океану, из которого ночью появляются звезды, а утром они снова уходят под воду.
Культура Древнего Египта: Pexels
Люди древности каждый день видели вокруг себя «плоский» мир. Они не могли представить, что на первый взгляд плоская Земля на самом деле круглая.
В раннем Средневековье концепция о плоской Земле снова «вошла в моду» среди представителей богословской традиции. Подробнее о некоторых космологических концепциях того времени можно почитать в книге «Космологические произведения в книжности Древней Руси».
Однако распространение древнегреческих знаний в позднем Средневековье привело к тому, что представление о шарообразности Земли укрепилось среди образованных людей и перестало встречать резкое сопротивление со стороны религиозных представителей.
Возрождение концепции плоской Земли
Следующее «возрождение» теории плоской Земли происходит во время развития космонавтики, в 1956 году. Появляются те, кто ставит под сомнение научные доказательства шарообразности Земли, называя их «догматическими». А снимки из космоса они считают подделкой.
Кто выдвинул теорию о плоской Земле? Основоположником считается Сэмюэл Шелтон. Он организовал целое сообщество последователей этой концепции. После его смерти руководство взял на себя Чарльз Джонсон. К 2001 году число сторонников плоской Земли было уже больше 3 000 человек.
Интернет делает свое дело — и последователи этой идеи начинают объединяться по всему миру. Одной из известных на сегодняшний день организацией является Общество плоской Земли или Flat Earth Society.
Она основана в Англии и позднее возрождена в США. Ее сторонники верят, что:
Главный принцип сторонников теории — доверять можно только тому, что видишь. А все остальное, в том числе данные о научных опытах и снимки из космоса, может быть подделано. Горизонт выглядит плоским, значит так оно и есть.
«Плоскоземельцы» стали своеобразной субкультурой, объединившейся против заговоров внешнего мира. В друг друге они нашли поддержку и понимание. У них даже есть свое приветствие — Stay flat («Оставайся в плоскости») и рука, согнутая горизонтально параллельно груди.
В результате развития географии и астрономии представление о плоской Земле утрачивало свою актуальность. Теория о шарообразности Земли, в основу которой легло научное обоснование, выходит на первый план.
Итак, ученые давно пришли к выводу: Земля имеет шарообразную форму. Это доказано. Однако последователи плоской теории проводят свои эксперименты. Такой навязчивый поиск собственных истин объясняется высоким уровнем недоверия к фактам, что вполне закономерно в мире избытка информации.
Узнавайте обо всем первыми
Подпишитесь и узнавайте о свежих новостях Казахстана, фото, видео и других эксклюзивах.
Некруглый мир: какая форма у Земли и почему
Земля имеет форму шара диаметром 12 742 км — но это только на первый взгляд. Любое небесное тело достаточных размеров со временем становится сферическим под действием собственной гравитации.
Приобретают такую форму и каменистые объекты, имеющие, по очень грубым оценкам, хотя бы 600 км в поперечнике и массу как минимум 0,01% от массы нашей планеты. Но дальше начинаются детали и тонкости. Во‑первых, вращение Земли создает центробежную силу, причем на экваторе она выше, чем у полюсов. Из-за этой разницы планета оказывается чуть сплюснута и ее диаметр, проходящий через экватор, становится на 43 км больше. Если бы всю ее целиком покрывал бескрайний океан, то он образовывал бы чуть вытянутый эллипсоид, и эта фигура более точно соответствует действительной форме Земли. Но это только во‑первых.
Масса распределена по поверхности нашей планеты не совсем равномерно. Как правило, литосферные плиты материков толще, чем океанические. Высокие горы и глубокие впадины, мощные рудные отложения — все это создает слабые аномалии, участки, в которых гравитационное поле оказывается чуть сильнее или слабее обычного. Гравитационные аномалии обнаруживают по их влиянию на высоту полета спутников, работающих на околоземной орбите. Например, два одинаковых зонда миссии GRACE облетали планету около 15 лет, проходя над каждым участком поверхности раз в месяц и с ювелирной точностью отслеживая расстояние друг до друга. Пролет над любой гравитационной аномалией вызывал небольшие изменения их положения, и собранные при этом данные позволили составить самую детальную карту гравитационного поля Земли и уточнить ее форму. Такая поверхность называется геоидом: в отличие от ровного эллипсоида его высота в каждом участке определяется точным балансом между центробежной силой и локальной гравитацией.
Учёным из американского Национального управления океанических и атмосферных исследований я предлагаю подумать над тем, как в СМИ и общественном поле могут восприниматься и трактоваться публикуемые ими данные, и прекратить рисовать утрированные модели.
Зубастые и клыкастые: кто обитал на Руси до людей
У любой науки о Земле и жизни на ней может появиться приставка «палео». Палеоэкология и палеогеография восстанавливают облик планеты в древности, палеоклиматология — особенности ее климата. Палеозоология изучает животный мир давно минувших эпох. Всматриваясь в прошлое, легко увидеть, насколько непостоянна поверхность планеты, как изменчива ее биосфера. Еще миллион лет назад под нынешним Краснодаром можно было встретить мамонтов, наших вымерших соседей. В юрском периоде на Средней Волге плавали стремительные и хищные ихтиозавры. По дну моря в Ленинградской области неторопливо ползали глазастые трилобиты — всего лишь полмиллиарда лет назад.
Двинская губа, Архангельская область
555 млн лет назад, эдиакарий (венд)
В то время суша была объединена в суперконтинент Паннотию. Его омывали древние океаны, в которых именно тогда стали появляться первые многоклеточные животные. Нынешний Архангельский край находился почти у Южного полюса, под водой неглубокого и обледеневавшего прибрежного моря. Холодная вода удерживает больше кислорода, и жизнь здесь процветала: ровное дно покрывали бактериальные пленки и ковры водорослей, которые объедали мягкотелые представители эдиакарской биоты.
Одними из самых многочисленных «архангелогородцев» той поры были кимбереллы (Kimberella quadrata) — их в изобилии находят, например, в окрестностях Зимнегорского маяка. Эти плоские овальные животные длиной до 15 см развили зубы и соскабливали питательные пленки бактерий на глубине до 10 м. Гибкие, еще не минерализовавшиеся раковины делали их похожими на моллюсков, хотя настоящие моллюски появились лишь через десяток миллионов лет, во время Кембрийского взрыва, когда океаны наполнили предки современных типов животных, включая членистоногих, иглокожих и хордовых.
Ферзиковский район, Калужская область
350 млн лет назад, каменноугольный период
В раннекаменноугольную эпоху континентальные плиты начали сходиться в суперконтинент Пангею, а всю нынешнюю Центральную Россию покрыло теплое мелководье океана Палеотетис. Многочисленные островки, отмели и болотистые низины заросли густыми лесами, которые впоследствии сложат Подмосковный буроугольный бассейн. Под деревней Бронцы сегодня находят и главных представителей калужской фауны того времени — брахиопод и головоногих моллюсков, которые в ту эпоху переживали свой золотой век. Современные головоногие могут достигать впечатляющих размеров, но уже тогда в Калужской области встречались настоящие великаны, вплоть до районноцерасов (Rayonnoceras) длиной более 5 м. Их огромные конические раковины разделялись на внутренние отсеки, соединенные тонким каналом, как у современных наутилусов. Наполняя камеры жидкостью одну за другой или опорожняя их, моллюск мог регулировать свою плавучесть, подниматься ближе к поверхности или опускаться ко дну, где можно было схватить зазевавшуюся рыбу или другую добычу.
Волховский район, Ленинградская область
450 млн лет назад, ордовикский период
После Кембрийского взрыва уровень Мирового океана сильно поднялся, а большинство современных континентов сложились в Гондвану у Южного полюса. Однако север Европы был частью другого, наполовину покрытого водой материка Балтики, который перемещался через экватор к северу. Ленинградская область в то время была населена разнообразными донными животными, например трилобитами. За время жизни они несколько раз линяли, сбрасывая панцирь, и на известняковых обрывах реки Волхов сегодня их находят тысячами.
Среди десятков видов трилобитов на волховских берегах обнаруживаются азафусы Ковалевского (Asaphus kowalewskii). Как и множество их родственников, они отличались невероятно сложными фасеточными глазами, в которых роль белкового хрусталика выполняли минеральные линзы из кальцита. Глаза азафусов сидели на вытянутых стебельках, как у раков или крабов: возможно, они зарывались в ил на дне Ленинградской области, выставляя их наружу.
Очёрский район, Пермский край
255 млн лет назад, пермский период
Под занавес своего существования Пангея вобрала в себя все материки. Невысокие Уральские горы поднялись гигантскими пиками не хуже современных Гималаев. К западу от этого хребта простиралась обширная низменность с многочисленными морскими заливами, реками и озерами. Здесь, в оврагах возле сегодняшней пермской деревни Ежово, находят останки богатой фауны того времени — рыб, моллюсков и даже крупных зверозубых ящеров.
Знаменитые ежовские биармозухи (Biarmosuchus tener) достигали в длину 1,5−2 м. Эти подвижные, ловкие хищники были вооружены саблевидными клыками, обладали отличным зрением и могли охотиться на куда менее поворотливых растительноядных соседей — их кости часто находят вперемешку друг с другом. Заметим, что зверозубых ящеров нельзя назвать полностью вымершими: спустя миллионы лет они дадут начало млекопитающим. Возможно, в том числе и тем, что населяют Пермский край сегодня.
Ульяновский район, Ульяновская область
150 млн лет назад, юрский период
Пангея разделилась на южный и северный континенты — Гондвану и Лавразию — и продолжила дробиться. Через сегодняшнее Среднее Поволжье проходил гигантский морской пролив, куда проникали то северные холодные воды, то южные — из тропического океана Тетис. Овраги на берегах Волги в Ульяновской и Самарской областях — классические местонахождения древних животных того времени. Они изучаются еще с конца XIX века, когда здесь нашли фрагменты скелета, принадлежавшего обитателю России юрского периода, ихтиозавру Ichthyosaurus volgensis.
Пока динозавры господствовали на суше, родственные им рептилии ихтиозавры оставались царями морей, охотясь на рыб и головоногих моллюсков, которыми кишел океан юры. Один из них — офтальмозавр (Ophthalmosaurus undorensis) — был найден под ульяновским селом Ундоры и описан в 1990-х. Он достигал в длину нескольких метров и обладал самыми крупными среди всех животных глазами (до 35 см в диаметре), защищенными прочными костными пластинами. Скорее всего, они лучше сохраняли форму под большим давлением, позволяя ихтиозавру видеть и охотиться на глубине.
Форма Земли, или что такое геоид
Всем привет. Из дискуссий о форме Земли я часто замечаю, что люди знают слово геоид, но зачастую не представляют, что именно это слово означает. Хочу тезисно осветить тему.
В последующие века геодезия (наука о фигуре Земли) продолжала развиваться, а с появлением космических аппаратов в 20 веке появилась и спутниковая геодезия, с помощью которой удалось дополнительно уточнить параметры фигуры Земли.
В качестве системы описания параметров Земли используется WGS 84 или её российский аналог ПЗ-90. В качестве отсчётного тела используется общеземной эллипсоид вращения с большой полуосью (то есть средним экваториальным радиусом) 6378 км и сжатием эллипсоида 1/298. [3]
Например сверху Северный полюс, снизу Южный, вращаем этот эллипс вокруг оси, проходящей через полюса, и получаем общеземной эллипсоид вращения. Внимание, вопрос: видите ли вы отличие этого эллипса от окружности? Вряд ли. Поэтому если вы упоминаете сплюснутость Земли сами или слышите о сплюснутости от другого человека, вспоминайте эту картинку.
В некоторых сетевых дискуссиях люди меня уверяли, что если фигура хоть сколько-то отличается от шара, то это уже не шар. Вот такая, понимаете ли, принципиальность. Мои попытки рассказать этим людям, что идеальных геометрических фигур в физической реальности не существует, были не очень успешны. И когда я демонстрировал вышеприведённую картинку и спрашивал, чем же она так отличается от окружности, мне либо говорили, что я рисую вообще что-то не то, либо разводили руками.
Из вышесказанного вы уже понимаете, что вторым приближением к форме Земли является общеземной эллипсоид вращения (с вышеуказанными величинами большой полуоси и сжатия). Если представить себе Землю без суши, с ровным дном и без неоднородных вкраплений (плотные породы и тому подобное), то форма Земли (а именно поверхность мирового океана) с хорошей точностью совпадала бы с эллипсоидом вращения.
К слову, эллипсоид вращения и образовался как раз из-за суточного вращения нашей планеты, и когда возникает вопрос «почему нет горба воды в районе экватора из-за вращения», я отвечаю, что «горб» как раз есть, но он размазан между экватором и полюсом. Сумма гравитационной и центробежной сил как раз и дают направление силы тяжести (локальной вертикали), которая практически перпендикулярна к нашему эллипсоиду.
Практически перпендикулярна, однако в следующем, третьем приближении, есть отклонения направления силы тяжести (называется уклонением отвеса), связанные с неоднородностями: неровная поверхность суши и дна водоёмов, а также неравномерное распределение плотностей во внутренней структуре Земли. Это приводит к тому, что реальная поверхность мирового океана отличается от эллипсоида на величины до 100 метров. Такая уровенная поверхность невозмущённой поверхности мирового океана, причём продолженная под континентами, и называется геоидом. [4]
Так выглядит карта высот геоида относительно эллипсоида:
Понятно, что если на глаз трудно отличить даже 20-километровую сплюснутость Земли (эллипсоид в сравнении с шаром), то отличия геоида от эллипсоида в десятки метров в масштабе были бы тем более незаметны. Поэтому для целей визуализации отличий геоида от эллипсоида (не от шара, подчёркиваю) была сделана картинка, в которой эти отличия были утрированы на несколько порядков. А затем эту картинку кто-то вбросил со словами «так выглядит Земля без воды!» И почему-то этот вброс в своё время приобрёл вирусный характер, и до сих пор многие так и продолжают считать, что это форма Земли без воды:
Ну и завершим мы такой, например, вполне подходящей картинкой, на которой не в масштабе, а условно приведены разные поверхности всех трёх приближений к форме Земли (сфера, эллипсоид вращения, геоид):
[1] Эти измерения проводили с помощью триангуляционной разметки на Земле и последующих астрономических измерений высоты кульминации выбранной звезды.
[3] Приведённые значения округлены, более точные значения составляют 6378136 метров и 1/298.258.