Какая настоящая наша земля. Какой была бы земля, если бы она на самом деле была плоской

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.

#36: Лучшие материалы «Популярной механики» за 2019 год.

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.

На фоне размеров всей планеты 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 формы 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.

Найдите пару минут, чтобы насладиться просмотром 25 по-настоящему захватывающих фотографий Земли и Луны из космоса.

Эту фотографию Земли сделали астронавты космического корабля «Аполлон 11» 20 июля 1969 года.

Запущенные человечеством космические аппараты наслаждаются видом на Землю с расстояния в тысячи и миллионы километров.

Снято Suomi NPP, американским метеорологическим спутником, управляемым NOAA.
Дата: 9 апреля 2015 года.

НАСА и NOAA создали это композитное изображение, используя фотографии, полученные с метеорологического спутника Suomi NPP, который вращается вокруг Земли 14 раз в сутки.

Их бесконечные наблюдения позволяют нам отслеживать состояние нашего мира при редком положении Солнца, Луны и Земли.

Снято космическим аппаратом для наблюдения за Солнцем и Землёй DSCOVR.
Дата: 9 марта 2016 года.

Космический аппарат DSCOVR сделал 13 изображений лунной тени, бегущей по Земле во время полного солнечного затмения 2016 года.

Но чем больше мы углубляемся в космос, тем больше завораживает нас вид Земли.

Снято космическим аппаратом «Розетта».
Дата: 12 ноября 2009 года.

Космический аппарат «Розетта» предназначен для исследования кометы 67P/Чурюмова-Герасименко. В 2007 году он совершил мягкую посадку на поверхность кометы. Основной зонд аппарата завершил свой полёт 30 сентября 2016 года. На этой фотографии виден Южный полюс и освещённая солнцем Антарктида.

Наша планета похожа на блестящий голубой марбл, окутанный тонким, почти невидимым слоем газа.

Снято экипажем корабля «Аполлон-17»
Дата: 7 декабря 1972 года.

Экипаж космического корабля «Аполлон-17» сделал эту фотографию под названием «The Blue Marble» («синий марбл») во время последнего пилотируемого полёта к Луне. Это один из самых распространяемых снимков всех времён. Он снят на расстоянии примерно в 29 тыс. км от поверхности Земли. В верхней левой части изображения видна Африка, а в нижней – Антарктида.

И она дрейфует в одиночестве в черноте космоса.

Снято экипажем «Аполлон-11».
Дата: 20 июля 1969 года.

Экипаж в составе Нила Армстронга, Майкла Коллинза и Базза Олдрина сделал этот снимок в ходе полёта на Луну на расстоянии около 158 тыс. км от Земли. В кадре видна Африка.

Почти в одиночестве.

Примерно два раза в год Луна проходит между спутником DSCOVR и его главным объектом наблюдений – Землёй. Тогда мы получаем редкую возможность взглянуть на дальнюю сторону нашего спутника.

Луна – холодный каменный шар, в 50 раз меньший, чем Земля. Она наш крупнейший и ближайший небесный друг.

Снято Уильямом Андерсом в составе экипажа космического корабля «Аполлон-8».
Дата: 24 декабря 1968 года.

Знаменитая фотография «Восход Земли», сделанная с космического корабля «Аполлон-8».

Согласно одной из гипотез, Луна образовалась после того, как протоземля столкнулась с планетой размером с Марс около 4,5 миллиардов лет назад.

Снято Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO, Лунный орбитальный зонд).
Дата: 12 октября 2015 года.

В 2009 году НАСА запустило автоматическую межпланетную станцию LRO, изучающую покрытую кратерами поверхность Луны, но воспользовавшись моментом, аппарат сделал эту современную версию фотографии «Восход Земли».

Начиная с 1950-х годов, человечество запускает в космос людей и роботов.

Снято аппаратом Lunar Orbiter 1.
Дата: 23 августа 1966 года.

Автоматический беспилотный космический аппарат Lunar Orbiter 1 сделал эту фотографию во время поиска места для высадки космонавтов на Луне.

Наши исследования Луны – смесь погони за технологическими завоеваниями...

Снято Майклом Коллинзом из экипажа «Аполлон-11».
Дата: 21 июля 1969 года.

«Eagle» – лунный модуль корабля «Аполлон-11» – возвращается с поверхности Луны.

и неуёмного человеческого любопытства...

Снято лунным аппаратом «Чанье 5-Т1» (Chang"e 5-T1).
Дата: 29 октября 2014 года.

Редкий вид обратной стороны Луны, сделанный лунным зондом Китайского национального космического управления.

и поиска экстремальных приключений.

Снято экипажем корабля «Аполлон-10».
Дата: май 1969 года.

Это видео сняли астронавты Томас Стаффорд, Джон Янг и Юджин Сернан во время испытательного полёта к Луне на корабле «Аполлон-10» (без посадки). Получить подобное изображение «Восхода Земли» возможно лишь из движущегося корабля.

Всегда кажется, что Земля недалеко от Луны.

Снято зондом «Клементина 1».
Дата: 1994 год.

Миссия «Клементина» была запущена 25 января 1994 года, в рамках совместной инициативы НАСА и Командования воздушно-космической обороны Северной Америки. 7 мая 1994 года зонд вышел из-под контроля, но ранее передал это изображение, в котором видна Земля и северный полюс Луны.

Снято станцией «Маринер 10».
Дата: 3 ноября 1973 года.

Сочетание двух фотографий (на одной – Земля, на другой – Луна), сделанных автоматической межпланетной станцией НАСА «Маринер-10», которая была запущена к Меркурию, Венере и Луне с помощью межконтинентальной баллистической ракеты.

тем удивительнее выглядит наш дом...

Снято космическим аппаратом «Галилео».
Дата: 16 декабря 1992 года.

На пути к изучению Юпитера и его спутников космический аппарат НАСА «Галилео» сделал это композитное изображение. Луна, яркость которой примерно в три раза ниже яркости Земли, находится на переднем плане, ближе к зрителю.

и тем более одиноким он кажется.

Снято космическим аппаратом «Near Earth Asteroid Rendezvous Shoemaker» («NEAR Shoemaker»).
Дата: 23 января 1998 года.

Космический аппарат НАСА NEAR, отправленный в 1996 году к астероиду Эрос, сделал эти изображения Земли и Луны. На Южном полюсе нашей планеты видна Антарктика.

В большинстве изображений не точно отображено расстояние между Землёй и Луной.

Снято автоматическим зондом «Вояджер-1».
Дата: 18 сентября 1977 года.

Большинство фотографий Земли и Луны – композитные изображения, составленные из нескольких снимков, так как объекты находятся далеко друг от друга. Но выше вы видите первую фотографию, в которой наша планета и её естественный спутник запечатлены в одном кадре. Снимок сделал зонд «Вояджер-1» на пути к своему «большому туру» по Солнечной системе.

Лишь преодолев сотни тысяч или даже миллионы километров, затем вернувшись обратно, мы можем по-настоящему оценить расстояние, что пролегло между двумя мирами.

Снято автоматической межпланетной станцией «Марс-Экспресс».
Дата: 3 июля 2003 года.

Автоматическая межпланетная станция Европейского космического агентства «Макс-экспресс» (Mars Express), направляясь к Марсу, сделала этот снимок Земли на расстоянии миллионов километров.

Это огромное и пустое пространство.

Снято орбитальным аппаратом НАСА «Марс Одиссей».
Дата: 19 апреля 2001 года.

В этой инфракрасной фотографии, снятой с расстояния 2,2 млн. км, показано огромное расстояние между Землёй и Луной – около 385 тысяч километров или примерно 30 диаметров Земли. Космический аппарат «Марс Одиссей» (Mars Odyssey) сделал этот снимок, направляясь к Марсу.

Но даже вместе система Земля-Луна выглядит незначительной в глубоком космосе.

Снято автоматической межпланетной станцией НАСА «Юнона».
Дата: 26 августа 2011 года.

Космический аппарат НАСА «Юнона» сделала этот снимок во время своего почти 5-летнего путешествия к Юпитеру, где проводит исследование газового гиганта.

С поверхности Марса наша планета кажется просто очередной «звездой» в ночном небе, что озадачивали ранних астрономов.

Снято марсоходом программы Spirit Mars Exploration Rover.
Дата: 9 марта 2004 года.

Примерно через два месяца после посадки на Марс марсоход Spirit сделал фотографию Земли, выглядящей как крошечная точка. В НАСА говорят, что это «первый в истории снимок Земли, сделанный с поверхности другой планеты за пределами Луны».

Земля теряется в сияющих ледяных кольцах Сатурна .

Снято автоматической межпланетной станцией «Кассини».
Дата: 15 сентября 2006 года.

Космическая станция НАСА «Кассини» сделала 165 фотографий в тени Сатурна, чтобы составить это мозаичное изображение с подсветкой газового гиганта. Слева в изображении закралась Земля.

На расстоянии миллиардов километров от Земли, как саркастически заметил Карл Саган, наш мир – всего лишь «бледно-голубая точка», маленький и одинокий шар, на котором разыгрываются все наши триумфы и трагедии .

Снято автоматическим зондом «Вояджер 1».
Дата: 14 февраля 1990 года.

Этот снимок Земли – один из кадров в серии «портретов Солнечной системы», которые «Вояджер-1» сделал на расстоянии примерно 4-х миллиардов миль от дома.

Из выступления Сагана:

«Наверное, нет лучшей демонстрации глупого человеческого зазнайства, чем эта отстранённая картина нашего крошечного мира. Мне кажется, она подчёркивает нашу ответственность, наш долг быть добрее друг к другу, хранить и лелеять бледно-голубую точку – наш единственный дом».

Послание Сагана неизменно: есть лишь одна Земля, поэтому мы должны сделать всё, что в наших силах, чтобы защитить её, защитить в основном от самих себя.

Японский искусственный спутник Луны «Кагуя» (также известен как SELENE) снял это видео Земли, восходящей над Луной с ускорением в 1000% к 40-летию фотографии «Восход Земли», снятой экипажем «Аполлона-8».

А так Земля выглядит с Сатурна:

Фото Земли с Сатурна

Это изображение было получено с высоты 45 000 км:

Знаменитый «Голубой мрамор», но как же на самом деле выглядит Земля?

Зависит от того, как определять глагол «смотреть». Слово «взгляд» происходит от старого бретонского «lagud», означающего - «человеческий глаз». И в этом вся загвоздка. Изображения, вроде этого, основаны на том, что человек может увидеть. Но мы не можем увидеть всего.

Когда мы говорим о том, как выглядит объект физически, мы говорим о визуальном восприятии преломленного или отраженного электромагнитного излучения, а именно видимого света.

Свет, воспринимаемый нами как красный, имеет большую длину волны, чем синий или фиолетовый, но, что, если уменьшить длину волны, перестанет ли это быть светом? Вовсе нет! Просто это будет свет, невидимый нашему глазу - ультрафиолет, рентгеновские лучи, гамма-излучение.

С другой стороны, инфракрасное излучение, микроволновое и, наконец, радиоволны.

В принципе, возможный спектр электромагнитного излучения - бесконечен, но даже, если взять видимый нами диапазон, его ширина захватывает дух.

Суть в том, что, когда дело доходит до зрительного восприятия, наши глаза многое упускают. Например, возьмите любой пульт управления, многие из них работают на длинах волн, которые мы не видим, но камера мобильного телефона увидит и заснимет вспышки света.

Мы много чего упускаем. Ночное небо насыщено частотами, которые мы не можем воспринимать только глазами.

Это - Млечный Путь. Так видим его мы в видимом спектре.

Так бы он выглядел, если бы наши глаза воспринимал другие частоты.

Конечно, приходится представлять не воспринимаемые частоты видимыми псевдоцветами, потому что симуляция невидимой части электромагнитного спектра ограничена нашими возможностями.

Земля в разных спектрах выглядела бы примерно так

Ультрафиолет и дальний ультрафиолет сформировали бы неузнаваемые сферы. С рентгеновским зрением, мы бы видели яркие свечения вокруг полюсов (северное сияние), а гамма-зрение позволило бы увидеть яркий контур вокруг Земли от высокоэнергетической электромагнитной радиации, входящей в атмосферу под острым углом.

Итак, какой из вариантов правильный? Есть ли единственный вариант того, как выглядит Земля?

Вернемся к видимому спектру и фото нашей планеты из космоса. Откуда взялась тирания, что «север» - это «верх»?

Возможно, это связано с тем, что мы часто уравниваем понятие «верх» и «хороший», а многие ранние картографы были с северного полушария. Но перевернутые карты точно также достоверны, и не важно насколько странными они нам кажутся.

Что еще смешнее, знаменитый «Голубой мрамор» является результатом отождествления «севера» и «верха». Изначально, она не выглядело так.

Команда, Аполлона-17 сняла фото — вот так:

НАСА повернула фото, в соответствии с нашими устоявшимися взглядами насчет верха.

А вот визуализация Земли с военно-морской обсерватории США:

Анимация планеты

Здесь в прямом эфире можно увидеть, какая именно часть Земли находится в собственной тени в данный момент.

Есть ещё одна проблема с «Голубым мрамором»: фото - плоское, а Земля - трёхмерная. Глобус - лучший способ представить Землю, но даже на нем не получится увидеть все одновременно.

Плоская карта Земли очень удобна, но требует проекции глобуса на плоскость, а поверхность сферы не может быть представлена на плоскости без искажений.

Не существует идеальной плоской карты. Каждый вид карт полезен в той или иной ситуации, но лучше всего иметь дело с проекцией Меркатора, в основном из-за ее удобства и простоты в изменении масштаба. Она довольно хорошо сохраняет форму, но «хромает», когда речь заходит о площадях. Например, Африка огромна настолько, что внутри нее может поместиться вся территория США вместе с Китаем, Индией, Японией и большей частью Европы, но на проекции Меркатора масштаб у полюсов сильно искажён. Это сказывается на том, что Гренландия выглядит соразмерно с Африкой несмотря на то, что на самом деле Гренландия составляет 1/14 размера Африки.

Проекция Меркатора отлично подходит для навигации, а, если нужно более точное отображение размеров территории использую проекцию Галла-Петерса. На ней участки суши отображены правильно относительно их размеров, но в жертву принесена их форма. Все выглядит каким-то суженым.

Проекция Галла-Петерса

Проекция Мольвейды хороша как в плане размеров, так и формы, если ее разделить по линии океанов, что размеры материков сохранятся, а их форма станет точнее.

Если нужен компромисс между формой и размерами, используют тройную проекцию Винкеля, которая использовалась Национальным Географическим Сообществом, для производства своих карт с 1998 года или одну из красивых проекций бабочек, которую можно сворачивать в сферы и разворачивать на плоскости.

Хоть наши глаза и воспринимают крошечную долю того, что можно увидеть, даже внутри этой малой части все еще остается огромное число вещей, которое нам предстоит открыть, поэтому продолжайте смотреть и искать.

Напоминаем Вам, что в нашем журнале "Наука и техника" Вы найдете много интересных оригинальных статей о развитии авиации, кораблестроения, бронетехники, средств связи, космонавтики, точных, естественных и социальных наук. На сайте Вы можете приобрести электронную версию журнала за символические 60 р/15 грн.

В нашем интернет-магазине Вы найдете также книги , постеры , магниты , календари с авиацией, кораблями, танками.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Sp-force-hide { display: none;}.sp-form { display: block; background: #ffffff; padding: 15px; width: 960px; max-width: 100%; border-radius: 5px; -moz-border-radius: 5px; -webkit-border-radius: 5px; border-color: #dddddd; border-style: solid; border-width: 1px; font-family: Arial, "Helvetica Neue", sans-serif; background-repeat: no-repeat; background-position: center; background-size: auto;}.sp-form input { display: inline-block; opacity: 1; visibility: visible;}.sp-form .sp-form-fields-wrapper { margin: 0 auto; width: 930px;}.sp-form .sp-form-control { background: #ffffff; border-color: #cccccc; border-style: solid; border-width: 1px; font-size: 15px; padding-left: 8.75px; padding-right: 8.75px; border-radius: 4px; -moz-border-radius: 4px; -webkit-border-radius: 4px; height: 35px; width: 100%;}.sp-form .sp-field label { color: #444444; font-size: 13px; font-style: normal; font-weight: bold;}.sp-form .sp-button { border-radius: 4px; -moz-border-radius: 4px; -webkit-border-radius: 4px; background-color: #0089bf; color: #ffffff; width: auto; font-weight: 700; font-style: normal; font-family: Arial, sans-serif;}.sp-form .sp-button-container { text-align: left;}

В июне 2010 года Европейское космическое агентство показало первые подробные геологические карты нашей планеты, также мир впервые увидел, какая форма у Земли на самом деле. Все это стало возможным благодаря исследовательскому спутнику GOCE, который запустили на орбиту в 2009 году.

Понятие геоида было введено в 1873 году немецким математиком Иоганном Листингом с целью характеристики формы Земли, ведь она не является сферической, а сплющенная с полюсов. За мнимую поверхность геоида было взято уровень океана в “состоянии покоя” и гипотетически продолжено его под поверхностью материков, в результате, ученые получили идеальную фигуру – эллипсоид. Эта, довольно гипотетическая фигура, и до сих пор используется в геодезии. Однако, в новейшие времена стало понятно, что гравитационное поле Земли не является однородным. Сначала, какие-то отклонения от эллипсоида считали местными гравитационными аномалиями, однако с развитием систем спутниковой навигации и глобального позиционирования (GPS) стало понятно, что “местные” аномалии носят планетарный характер! К примеру, приборы GPS на борту самолета или корабля во время движения показывают колебания высоты, хотя она реально неизменна. Это вызывается тем, что в программу навигационного спутника за точку отсчета была заложена гипотетическая поверхность эллипсоида с центром масс Земли, а усиление или ослабление силы притяжения, которое существует в реальности, и приводит к отклонению в показаниях приборов GPS. Более того, по разной интенсивности силы тяжести, предметы, свободно падают, отклоняются от классической перпендикулярной эллипсоида линии, однако, движутся по перпендикулярной траектории именно к поверхности геоида.

GOCE в своем инструментарии содержит сверхточный градиометр с тремя парами платиновых акселометров, которые способны зафиксировать малейшие колебания, вплоть до одной десятитриллионной доли гал (1 гал = 1 м / с2 – мера ускорения), В гравитационном поле Земли. Для картирования изменений силы тяжести, спутник вращается на экстремально низкой орбите – всего 254,9 км, проходя через опасные полярные области. На такой высоте сила трения разреженной атмосферы замедляет движение GOCE, поэтому для того чтобы поддержать скорость и не сойти с орбиты, в спутнике есть система ускорения – ионный двигатель, который время от времени выстреливает струей сжатого инертного газа ксенона.

Как оказалось, благодаря работе GOCE, геоид не только не имеет той идеальной формы эллипсоида, а вообще похож на “увядшее и сморщенное за зиму яблоко” со своими выступлениями и впадинами… Анализ данных показал, что гравитационное поле Земли имеет три огромных участка с повышенной силой притяжения: Северная Америка, Индия и Гималаи, а также Южный Тихий океан с Антарктидой. Самый высокий уровень гравитации установлен в северной части Индийского океана и на полуострове Индостан, где уровень поверхности океана более чем на 100 м ниже плоскости эллипсоида! Одновременно, существует и три участка со слабой гравитацией – это Северная Атлантика с Европой, Океания с Австралией и Южным Индийским океаном. Самый низкий уровень силы земного притяжения существует над Исландией и Папуа-Новой Гвинеей – уровень океанических вод здесь возвышается примерно на 80 м над плоскостью поверхности эллипсоида.

Результаты полученные зондом еще нужно проработать, однако уже сейчас становится ясно, что неоднородность гравитационного поля Земли играет едва ли не ключевую роль в циркуляции океанических течений, причем как горизонтальных, так и вертикальных. Ученые также надеются усовершенствовать существующие модели изменения климата будущего, ведь теперь они получили точный инструмент прогнозирования динамики льда в полярных районах. Кроме того, зная уровень океана, который обусловлен земной гравитацией, а не только приливами и отливами, возникающие под действием притяжения Луны, океанологам и экологам будет гораздо проще отслеживать его изменения. В целом эта миссия во многих аспектах поспособствует развитию науки о Земле, а также коммерчески окупится.

Наша планета является одной из 9, которые вращаются вокруг Солнца. Еще в глубокой древности появились первые представления о том, каковы форма и размеры Земли.

Как менялись представления о форме Земли?

Античные мыслители (Аристотель - 3 в. до н. э., Пифагор - 5 в. до н. э. и др.) еще много веков назад высказывали мысль о том, что наша планета имеет шарообразную форму. Аристотель (на фото ниже), в частности, учил вслед за Евдоксом, что являющаяся центром Вселенной Земля шарообразна. Доказательство этого он видел в характере, который имеют лунные затмения. При них отбрасываемая нашей планетой на Луну тень имеет округлую форму по краям, что возможно лишь при условии шарообразности.

Проведенные в последующие столетия астрономические и геодезические исследования дали нам возможность судить, каковы в действительности форма и размеры Земли. Сегодня о том, что она круглая, знают от мала до велика. А ведь были времена в истории, когда считалось, что планета Земля плоская. Сегодня благодаря прогрессу науки мы уже не сомневаемся в том, что она именно круглая, а не плоская. Неоспоримое доказательство этого - космические фотоснимки. Шарообразность нашей планеты приводит к тому, что земная поверхность нагревается неравномерно.

А ведь на самом деле форма Земли не совсем такая, как мы привыкли думать. Этот факт известен ученым, и он используется в настоящее время для решения задач в области спутниковой навигации, геодезии, космонавтики, астрофизики и других смежных науках. Впервые мысль о том, какова в действительности форма Земли, высказал Ньютон на рубеже 17-18-го вв. Он теоретически обосновал предположение о том, что наша планета под воздействием на нее силы тяжести должна быть сжата в направлении оси вращения. А это значит, что форма Земли представляет собой либо сфероид, либо эллипсоид вращения. От угловой скорости вращения зависит степень сжатия. То есть чем тело вращается быстрее, тем оно сплющивается больше у полюсов. Этот ученый исходил из принципа всемирного тяготения, а также из предположения однородной жидкой массы. Он допускал, что Земля является сжатым эллипсоидом, и определял, в зависимости от скорости вращения, размеры сжатия. Через некоторое время Маклорен доказал, что если наша планета является сжатым у полюсов эллипсоидом, то равновесие покрывающих Землю океанов действительно обеспечено.

Можно ли считать, что Земля круглая?

Если планета Земля будет рассматриваться издалека, она будет казаться практически идеально круглой. Наблюдатель, которому большая точность измерений не важна, может вполне считать ее таковой. Средний радиус Земли в этом случае составляет 6371,3 км. Но если мы, приняв за идеальный шар форму нашей планеты, станем делать точные измерения различных координат точек на поверхности, у нас ничего не получится. Дело в том, что наша планета - это не идеально круглый шар.

Различные способы описания формы Земли

Форма планеты Земля может быть описана двумя основными, а также несколькими производными способами. Она может быть принята в большинстве случаев либо за геоид, либо за эллипсоид. Интересно, что математически легко описывается второй вариант, а вот первый принципиально никак не описывается, поскольку для определения точной формы геоида (а следовательно, и Земли) осуществляются практические измерения гравитации в различных точках поверхности нашей планеты.

Эллипсоид вращения

Все понятно с эллипсоидом вращения: фигура эта напоминает шар, который снизу и сверху приплюснут. То, что форма Земли - эллипсоид, вполне объяснимо: центробежные силы возникают из-за вращения нашей планеты на экваторе, тогда как их нет на полюсах. В результате вращения, а также центробежных сил Земля "располнела": диаметр планеты по экватору больше примерно на 50 км, чем полярный.

Особенности фигуры под названием "геоид"

Крайне сложная фигура - геоид. Она существует лишь теоретически, однако на практике ее нельзя ни пощупать, ни увидеть. Можно представить себе геоид в виде поверхности, сила земного притяжения в каждой точке которой направлена строго вертикально. Если бы наша планета была правильным шаром, заполненным равномерно каким-либо веществом, то отвес в любой ее точке смотрел бы в центр шара. Но ситуация осложняется тем, что неоднородной является плотность нашей планеты. В одних местах имеются тяжелые горные породы, в других пустоты, горы и впадины разбросаны по всей поверхности, так же неравномерно распределены равнины и моря. Все это меняет в каждой конкретной точке гравитационный потенциал. В том, что форма земного шара - геоид, виноват также эфирный ветер, который обдувает нашу планету с севера.

Кто изучал геоиды?

Отметим, что само понятие "геоид" было введено Иоганном Листингом (на фото ниже), физиком и математиком, в 1873 году.

Под ним, означающим в переводе с греческого "вид Земли", подразумевалась фигура, образованная поверхностью Мирового океана, а также морей, сообщающихся с ним, при среднем уровне воды, отсутствии возмущений от приливов, течений, а также разностей атмосферного давления и т. п. Когда говорят о том, что над уровнем моря такая-то высота, это означает высоту от поверхности геоида в этой точке земного шара, несмотря на то что в этом месте нет никакого моря, а оно находится за несколько тысяч километров от него.

Неоднократно уточнялось впоследствии понятие геоида. Так, советский ученый М. С. Молоденский создал свою теорию определения гравитационного поля и фигуры Земли по измерениям, выполненным на ее поверхности. Для этого он разработал особый прибор, измеряющий силу тяжести - пружинный гравиметр. Именно он предложил также использование квазигеоида, который определяется по значениям, принимаемым потенциалом силы тяжести на поверхности Земли.

Подробнее о геоиде

Если гравитацию измерить в 100 км от гор, то отвес (то есть грузик на нитке) станет отклоняться в их сторону. Такое отклонение от вертикали нашему глазу незаметно, однако легко обнаруживается приборами. Подобная картина наблюдается везде: отклонения отвеса где-то больше, где-то они меньше. А мы помним о том, что всегда перпендикулярной отвесу является поверхность геоида. Отсюда становится ясно, что геоид - весьма сложная фигура. Для того чтобы лучшее его представить, можно сделать следующее: вылепить шар из глины, после чего с двух сторон его сжать для образования приплюснутости, затем сделать пальцами на получившемся эллипсоиде бугры и вмятины. Такой сплюснутый помятый шарик будет довольно реалистично показывать форму нашей планеты.

Для чего нужно знать точную форму Земли?

Для чего же нужно знать так точно ее форму? Чем не удовлетворяет ученых шарообразная форма Земли? Следует ли усложнять картину геоидом и эллипсоидом вращения? Да, насущная необходимость в этом есть: близкие к геоиду фигуры помогают создавать координатные сетки, являющиеся наиболее точными. Ни астрономические исследования, ни геодезические изыскания, ни различные системы спутниковой навигации (ГЛОНАСС, GPS) не могут существовать и проводиться без определения довольно точной формы нашей планеты.

Различные системы координат

В мире в настоящее время действует несколько трехмерных и двухмерных систем координат с мировым значением, а также несколько десятков локальных. Своя форма Земли принята в каждой из них. Это приводит к тому, что координаты, которые были определены разными системами, несколько отличаются. Интересно, что, для того чтобы вычислить их у точек, находящихся на территории одной страны, удобнее всего будет принять форму Земли за референц-эллипсоид. Это установлено сейчас даже на высшем законодательном уровне.

Эллипсоид Красовского

Если говорить о странах СНГ или России, то на территории этих государств форма нашей планеты описывается так называемым эллипсоидом Красовского. Он был определен еще в 1940 году. Отечественные (ПЗ-90, СК-63, СК-42) и зарубежные (Afgooye, Hanoi 1972) системы координат были созданы на основании этой фигуры. Они и по сей день используются в практических и научных целях. Интересно, что ГЛОНАСС опирается на систему ПЗ-90, которая превосходит по своей точности принятую как основа в GPS аналогичную систему WGS84.

Заключение

Подводя итог, скажем еще раз, что форма нашей планеты отличается от шара. Земля приближается по своей форме к эллипсоиду вращения. Как мы уже отметили, вовсе не праздным является этот вопрос. Точное определение того, какую Земля имеет форму, дает мощный инструмент ученым для вычисления координат небесных и земных тел. А это очень важно для космической и морской навигации, при проведении строительных, геодезических работ, а также во многих других областях человеческой деятельности.