какую форму имеет земля эллипс
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.
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.
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Говорят, что вот такая …
Впрочем, гипотеза о том, что наша планета имеет форму шара, существовала очень давно. Первым эту мысль высказал ещё в VI веке до нашей эры древнегреческий философ и математик Пифагор. Другой философ, Аристотель, живший в Древней Греции двумя веками позже, привёл наглядные доказательства шарообразности: ведь во время лунных затмений Земля отбрасывает на Луну тень именно круглой формы!
Постепенно идея о том, что Земля — шар, висящий в пространстве и ни на что не опирающийся, распространялась всё шире. Прошли века, людям давно известно, что Земля не плоская и не покоится на китах или слонах… Мы обошли вокруг света, пересекли наш шарик буквально во всех направлениях, облетели его на самолёте, сфотографировали из космоса. Мы даже знаем, почему не только наша, но и все другие планеты, и Солнце, и звёзды, и Луна, и другие большие спутники именно «круглые», а не какой-нибудь другой формы. Ведь они большие, обладают огромной массой. Их собственная сила тяготения — гравитация — стремится придать небесным телам форму шара.
Если бы даже объявилась некая сила, большая, чем гравитация, которая придала бы Земле форму, скажем, чемодана, кончилось бы всё равно тем же: как только бы действие этой силы прекратилось, сила тяготения начала бы снова собирать Землю в шар, «втягивая» выступающие части, пока все точки поверхности не оказались бы на равном расстоянии от центра.
Давайте продолжим размышления на эту тему …
Не шар!
Ещё в XVII веке знаменитый физик и математик Ньютон, сделал смелое предположение, что Земля — никакой не шар, вернее, не совсем шар. Предположил — и математически это доказал.
Ньютон «пробурил» (разумеется, мысленно!) до центра планеты два сообщающихся канала: один от Северного полюса, другой — от экватора, и «заполнил» их водой. Расчёты показали, что вода установилась на разных уровнях. Ведь в полярном колодце на воду действует только сила тяготения, а в экваториальном — ей ещё противостоит центробежная сила. Учёный утверждал: для того чтобы оба столба воды оказывали на центр Земли одинаковое давление, то есть чтобы они имели равный вес, уровень воды в экваториальном колодце должен бы быть выше — по подсчётам Ньютона на 1/230 от среднего радиуса планеты. Иными словами, расстояние от центра до экватора больше, чем до полюса.
Чтобы проверить расчёты Ньютона, Парижская академия наук отправила в 1735 — 1737 годах две экспедиции: в Перу и в Лапландию. Участники экспедиции должны были измерить дуги меридиана — по 1 градусу каждая: одну — в экваториальных широтах, в Перу, другую — в полярных, в Лап ланд ни. После обработки данных экспедиций, руководитель северной, геодезист Пьер-Луи Мопертюи, объявил, что Ньютон прав: Земля сжата у полюсов! Это открытие Мопертюи увековечил Вольтер в… эпиграмме:
Посланец физики, отважный мореход,
Преодолев и горы, и моря.
Влача квадрант средь снега и болот,
Почти что превратившись в лопаря.
Узнал ты после множества потерь.
Что знал Ньютон, не выходя за дверь.
Напрасно Вольтер был столь язвителен: разве наука может существовать без экспериментальных подтверждений её теорий?!
Как бы то ни было, теперь мы точно знаем, что Земля сплюснута у полюсов (если угодно — растянута у экватора). Растянута, впрочем, совсем немного: полярный радиус составляет 6357 км, а экваториальный — 6378 км, всего на 21 км больше.
Похожа на грушу?
Однако можно ли назвать Землю пусть не шаром, но «сплюснутым» шаром, а именно эллипсоидом вращения? Ведь, как мы знаем, рельеф у неё неровный: есть горы, есть и впадины. Кроме того, на неё действуют силы притяжения других небесных тел, в первую очередь Солнца и Луны. Пусть их влияние невелико, но всё-таки Луна способна на несколько метров искривлять форму жидкой оболочки Земли — Мирового океана, — создавая приливы и отливы. Значит — в разных точках радиусы «вращения» разные!
К тому же на севере находится «жидкий» океан, а на юге — «твёрдый» материк, покрытый льдом — Антарктида. Получается, что Земля имеет не совсем правильную форму, напоминает грушу, вытянутую к Северному полюсу. А по большому счёту поверхность её настолько сложна, что вообще не поддаётся строгому математическому описанию. Поэтому для формы Земли учёные предложили особое название — геоид. Геоид является неправильной стереометрической фигурой. Его поверхность приблизительно совпадает с гладью Мирового океана и продолжается на материковой части. Та самая «высота над уровнем моря», которую указывают в атласах и словарях, отсчитывается именно от этой поверхности геоида.
Гео́ид (от др.-греч. γῆ — Земля и др.-греч. εἶδος — вид, буквально — «нечто подобное Земле») — выпуклая замкнутая поверхность, совпадающая с поверхностью воды в морях и океанах в спокойном состоянии и перпендикулярная к направлению силы тяжести в любой ее точке. Геометрическое тело, отклоняющееся от фигуры вращения Эллипсоид вращения и отражающее свойства потенциала [1] силы тяжести [2] на Земле (вблизи земной поверхности), важное понятие в геодезии.
1. Мировой океан
2. Земной эллипсоид
3. Отвесные линии
4. Тело Земли
5. Геоид
Геоид определяется как эквипотенциальная поверхность земного поля тяжести [3] (уровенная поверхность), приблизительно совпадающая со средним уровнем вод Мирового океана в невозмущённом состоянии и условно продолженная под материками. Отличие реального среднего уровня моря от геоида может достигать 1 м.
По определению эквипотенциальной поверхности, поверхность геоида везде перпендикулярна отвесной линии.
Некоторые авторы обозначают вышеописанное понятие термином не «геоид», а «основная уровенная поверхность», в то время как сам геоид определяется как 3-мерное тело, ограниченное этой поверхностью
Геоид не геоид!
Если быть совсем честными, стоит признаться, что из-за различия температуры в разных точках планеты и солёности океанов и морей, атмосферного давления и прочих факторов поверхность водной глади не совпадает по форме даже с геоидом, а имеет отклонения. Например, на широте Панамского канала разница уровней Тихого и Атлантического океанов составляет 62 см.
На форме Земного шара сказываются и сильные землетрясения. Одно из таких 9-балльных землетрясений произошло 26 декабря 2004 года в Юго-Восточной Азии, на Суматре. Профессора Миланского университета Роберто Сабадини и Джорджио Далла Виа считают, что оно оставило «шрам» на гравитационном поле планеты, в результате чего геоид существенно прогнулся. Чтобы проверить это предположение, европейцы намерены отправить на орбиту новый спутник GOCE, оснащённый современной высокочувствительной аппаратурой. Надеемся, что вскоре он пришлёт нам точную информацию о том, какую форму имеет Земля сегодня.
СОДЕРЖАНИЕ
Следует различать два типа эллипсоидов: среднее и опорное.
В то время как средний эллипсоид Земли является идеальной основой глобальной геодезии, для региональных сетей так называемый опорный эллипсоид может быть лучшим выбором. Когда геодезические измерения должны быть рассчитаны на математической опорной поверхности, эта поверхность должна иметь такую же кривизну, что и региональный геоид, в противном случае сокращение измерений приведет к небольшим искажениям.
Однако для международных сетей, GPS- позиционирования или космонавтики эти региональные причины менее актуальны. Поскольку знания о фигуре Земли становятся все более точными, Международный геофизический союз IUGG обычно адаптирует оси эллипсоида Земли к наилучшим доступным данным.
Определение
Исторические эллипсоиды Земли
Опорные модели эллипсоидов, перечисленные ниже, были полезны в геодезических работах, и многие из них до сих пор используются. Старшие эллипсоиды названы по имени человека, который их вывел, и указан год развития. В 1887 году английский геодезист полковник Александр Росс Кларк CB FRS RE был награжден Золотой медалью Королевского общества за свои работы по определению фигуры Земли. Международный эллипсоид был разработан Джоном Филмором Хейфордом в 1910 году и принят Международным союзом геодезии и геофизики (IUGG) в 1924 году, который рекомендовал его для международного использования.
На собрании IUGG 1967 г., состоявшемся в Люцерне, Швейцария, эллипсоид, названный GRS-67 ( Геодезическая справочная система 1967), был рекомендован для принятия. Новый эллипсоид не рекомендовался для замены Международного эллипсоида (1924 г.), но был рекомендован для использования там, где требуется более высокая степень точности. Он стал частью GRS-67, который был одобрен и принят на заседании IUGG в 1971 году в Москве. Он используется в Австралии для австралийских геодезических данных и в южноамериканских датумах 1969 года.
Обратите внимание, что один и тот же эллипсоид может быть известен под разными именами. Лучше всего упомянуть определяющие константы для однозначной идентификации.
Закон Кеплера
Форма Земли
Сейчас нам сложно представить, что раньше люди верили, будто Земля плоская. У греков, например, плоскость просто парила в воздухе и была окружена ледниками. А в Индии верили, что планета покоится на трех слонах, которые стоят на черепахе. Впрочем, кое-кто до сих пор так думает. Доказательств того, что наша планета на самом деле не плоская — много, но вот вам парочка, чтобы можно было поддержать светскую беседу.
Гравитация
Гравитация всегда притягивает все в сторону центра масс. Наша Земля — сферической формы, а центр масс сферы находится как раз в ее центре.
Гравитация притягивает все объекты на поверхности в направлении ядра Земли, то есть вниз, независимо от их местоположения — что мы всегда и наблюдаем.
Если представить, что Земля плоская, то гравитация должна будет притягивать все, что на поверхности, к центру плоскости. То есть если вы окажетесь у края плоской Земли, гравитация будет тянуть вас не вниз, а к центру диска.
Чтобы доказать свою точку зрения, сторонникам плоской Земли придется поискать на планете место, где вещи падают не вниз, а вбок.
Если бы Земля была плоской, да еще и со слонами и черепахой, то при лунном затмении мы бы видели не равномерно растущую тень, а примерно такую картину:
Но, пожалуй, это сильно отличается от реальности.
На плоскую Землю свет от Солнца падал бы, как свет от фонаря. То есть высокие объекты в противоположном от Солнца направлении после заката оставались бы в тени.
А на шарообразной Земле небоскребы или горы будут освещены Солнцем после заката или перед рассветом.
Именно это вы увидите, если застанете рассвет или закат в горах — или посмотрите на фотографии.
Окей, Земля все-таки не плоская — с этим разобрались. Но и шаром ее назвать нельзя: Земля имеет форму эллипсоида.
Эллипсоид — это такой приплюснутый шар, в сечении у которого эллипс. Именно по траектории эллипса вращаются все спутники.
Эллипс
Эллипс — это замкнутая прямая на плоскости, частный случай овала. У эллипса две оси симметрии — горизонтальная и вертикальная, которые состоят из двух полуосей.
А еще у эллипса два фокуса — это такие точки, сумма расстояний от которых до любой точки P(x,y) является постоянной величиной.
