земля в форме эллипса или шара
Совсем не шар: какая форма у Земли
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.
Что влияет на форму небесного тела
Форму планеты Земля определяет несколько факторов. Во-первых, вращение шара 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.
Так какая же форма у Земли на самом деле?
Такая поверхность называется геоидом — это и есть настоящая форма Земли: в отличие от ровного эллипсоида, его высота в каждом участке определяется точным балансом между центробежной силой и локальной гравитацией.
На фоне размеров всей планеты Земля даже самые крупные детали ее поверхности покажутся совсем крошечными. Например, для Бездны Челленджера (10,9 км ниже уровня моря) отклонение от среднего радиуса Земли составляет всего 0,17%, а для Джомолунгмы (8,8 км) – 0,14%. Тем более незаметны будут аномалии реальной формы Земли — геоида: от эллипса его поверхность отклоняется в пределах от –85 до 106 м. Поэтому 3D-модель, подготовленная учеными американского Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), усилена: аномалии на ней дополнительно выделены. Однако в остальном она полностью опирается на данные GRACE и наглядно демонстрирует непростую форму нашей в целом круглой планеты.
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.
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.
Вопросы верящим что Земля это шар
1) Почему в школах и других учебных заведениях не изучают современную теорию плоской земли, а лишь насмехаются над старой её версией с 3 слонами и черепахой?
2) Почему ось вращения Земли не совпадает с осью её наклона? Когда во всех вращающихся объектах природы эти оси обязательно совпадают. Проверьте волчок.
3) Каким образом северный полюс Земли всё время смотрит ровно на Полярную звезду? И почему мы всё время видим только одну сторону Луны, это возможно лишь при идеальной круговой орбите Луны, которой как вы знаете из астрономии не может быть, все орбиты эллиптические. Если земля сферическая, то почему никогда не видна тень от Луны, когда Луна находится между Землёй и Солнцем?
4) Если гравитация способна превратить любую массивную глыбу в космосе шар и объяснить вращение атмосферы вместе с землёй, да притом и притяжение к ней, тогда почему она не является основой для изучения всех физических наук и до сих пор очень плохо изучена, что никто не способен описать её воздействие и воссоздать её искусственно? Почему нету никаких новых исследований по её изучению с проверяемыми доказательствами?
5) Если Солнце от Земли на расстоянии 147 млн км, то как тогда его лучи падают на Землю формой треугольника, а ведь это возможно только на Плоской Земле, где Солнце летает не так высоко над Землёй!
6) Если с отдалением двух предметов друг от друга сила гравитации уменьшается, так как в теории Ньютона зависит от массы и квадрата расстояний между центрами тел, то как тогда атмосфера Земли, где гравитация наиболее слаба, не вылетела до сих пор в космос? Ведь там вакуум
7) Как могли делать гипотезы с формулами учёные о падении тел, скорости света… в вакууме, когда вакуум существует очень непродолжительное время и сжимает в себя даже толстые металлические конструкции?!
8) Почему, если люди летают в космос до сих пор нету ни одной настоящей фотографии сферической земли?
9) Если спутники висят там, то почему даже в самых современных айфонах и прочей суперсовременной аппаратуре нету функции просмотра территории со спутников в режиме реального времени? Зачем вообще нужны спутники, когда всю связь можно сделать без них?! Как могут летать спутники и ракеты в термосфере, когда там температура выше 1000 градусов Цельсия? Если эту температуру замерили, то тепло передаётся излучением солнечной радиации следовательно любой корпус там расплавится.
10) Почему, если земля сферична, то никто и никогда не пересекал Антарктиду и ни один самолёт в мире не летает через неё, когда многие рейсы в южном полушарии было бы удобнее строить через неё.
11) Почему поверхность воды всегда остаётся на одном и том же уровне и никогда не изгибается независимо от сосуда. А в невесомости шар воды дрожит, тогда почему у нас в водоёмах вода не дрожит? Почему падающая капля воды принимает форму сферы, а не геоида вращения? Когда большая масса воды не принимает форму сферы!
12) Почему на экваторе есть земля? Когда в сферической модели земли её не может быть, проверьте это на мокром теннисном мячике – там должна быть текущая вода. Независимо от размера опыт должен совпадать с моделью теннисного мячика
13) Почему нигде независимо от набора высоты нету искривления горизонта, когда на сфере оно должно быть
14) Как может работать маяк на сферичной земле, если из-за наклона земли его свет не должны видеть корабли. Как работают солнечные часы?
15) Почему когда в северном полушарии, например в России лето, то в Южном зима, например Австралия, когда в сферической модели Солнце освящает ровно половину земного шара, если учесть ось наклона – то как возможно существование дня в Гренландии? Почему зимой ночь длинная, а летом короткая?
16) Почему люди не хотят замечать то, что маятник Фуко доказывает неподвижность земли и придумывают выводы не того что показывает этот маятник
17) Почему Юпитер и Сатурн не первые планеты от Солнца, когда по законам физики они должны быть первыми? Почему вообще видно Стурн и на ночном небе, если он освящён всего 14 Вт/кв м? А также Нептун, который ещё меньше освящён
18) Почему говорят, что у планет есть ещё силы отталкивания, кто и как это доказал?
19) Зачем актёры, которых зовут космонавты и астронавты снимаются под водой, а также во время параболических полётов в самолётах Zero-G чтобы показать так называемый космос и невесомость в нём?
20) Почему под самолётом земля не вращается, когда с набором высоты гравитация должна ослабевать, а земля прокручивать. Вращение атмосферы вместе с землёй не доказано. В инерциальной системе отсчёта самолёт должен взлетать с первой космической скоростью, тогда почему этого не происходит? Почему самолёт постоянно не наклоняет нос вниз, чтобы лететь прямо и учитывать кривизну земли? Почему нет встречного ветра 460 км/час над вращающейся землёй?
21) Как могут существовать одни и те же Созвездия, когда вокруг Галактики все звёзды двигаются относительно и каждую ночь в небе должны восходить новые звёзды. Как может полярная Звезда на протяжении веков висеть в одном и том же месте? Что планета движется со скоростью и по такой же орбите как и Звезда?
22) Почему геодезисты, лётчики, бурильщики, архитекторы, нефтяники, газовики никогда не учитывают кривизну земли? Почему все лётчики и морские суда пользуются картами плоской земли?
23) Почему до сих пор не открывают настоящее строение атома, давая нам замкнутую модель Резерфорда и Бора в которой невозможно взаимодействие?!
24) Если вокруг земли летает огромное множество спутников, которое называют космический мусор, то как они не закрывают свет солнца? Почему скрывают то, что реактивный двигатель не работает в вакууме?
25) Зачем большинство иллюминаторов самолётов изогнуты по принципу объектива рыбий глаз? Зачем людям представлять настолько маленькую планету из иллюминатора? Когда там ровный горизонт!
26) Почему запрещены полёты на дирижабле, когда экономически их полёты выгоднее чем самолёты?
§ 1. ФОРМА И РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ
Эллипсоид Красовского
Планета Земля не имеет правильной геометрической формы. Фигура Земли получила название геоид. Принято считать, что по форме Земля близка к эллипсоиду, получающемуся при вращении эллипса вокруг малой оси (рис. 1).
Длина большой полуоси земного эллипсоида а = 6 378 245 м, малой b = 6 356 863 м. Разность между полуосями 21.4 км. Отношение
называется сжатием Земли. Такие размеры земного эллипса установил проф. Н. Ф. Красовский. Постановлением Совета Министров СССР № 760 от 7 апреля 1946 г. размеры эллипсоида Н. Ф. Красовского приняты при всех геодезических, топографических и картографических работах СССР.
При решении большинства задач в судовождении величиной сжатия Земли, составляющей 0,3%, пренебрегают и принимают Землю за шар, объем которого равен объему земного эллипсоида. Исходя из этой условности, т. е. что
а подставив в эту формулу значения а и 6, определим радиус такого шара R = 6 371 110 м.
Основные точки, линии и круги
Воображаемые точки PN и PS пересечения оси вращения Земли с ее поверхностью называются полюсами Земли : северным (нордовым) и южным (зюйдовым), при этом северным считается полюс, со стороны которого вращение Земли направлено против часовой стрелки.
Окружность большого круга EABQ (рис. 2), являющаяся следом пересечения поверхности земного шара плоскостью, перпендикулярной оси вращения PNPS и проходящей через его центр 0, называется экватором. Плоскость экватора делит земной шар на два полушария: северное и южное.
Окружности малых кругов, например eabq, е1а1b1q1, являющиеся следом пересечения поверхности земного шара плоскостями, параллельными плоскости экватора, называются параллелями.
Окружности больших кругов, например PN аAа1PS и PNbBb1PS, являющиеся следом пересечения поверхности земного шара плоскостями, проходящими через ось вращения Земли (меридиальными плоскостями), называются меридианами.
Параллелей и меридианов можно провести неограниченное количество, но через одну точку можно провести только одну параллель и один меридиан, которые называют соответственно параллелью данной точки или места и меридианом данной точки или места.
По международной договоренности принято считать нулевым или начальным меридианом меридиан, проходящий через астрономическую обсерваторию в Гринвиче (близ Лондона). Он и ему противоположный делят земной шар на два полушария: восточное и западное.