Большая энциклопедия нефти и газа. Чему равна окружность Земли в километрах — как посчитали эту величину

Экватор - это воображаемая круговая линия, которая опоясывает весь земной шар и проходит через центр Земли.

Линия экватора перпендикулярна оси вращения нашей планеты и находится на равном расстоянии от обоих полюсов.

Экватор: что это и зачем он нужен?

Итак, экватор - это воображаемая линия. Зачем серьезным ученым понадобилось воображать какие-то линии, очерчивающие Землю? Затем, что экватор, как и меридианы, параллели и прочие разделители планеты, которые существуют только в воображении и на бумаге, дают возможность производить подсчеты, ориентироваться в море, на суше и в воздухе, определять месторасположение различных объектов и т.д.

Экватор делит Землю на Северное и Южное полушария и служит началом отсчета географической широты: широта экватора равна 0 градусов. Он помогает ориентироваться в климатических поясах планеты. Приэкваториальная часть Земли получает самое большое количество солнечных лучей. Соответственно, чем дальше территории расположены от экваториальной линии и чем ближе они к полюсам, тем меньше солнца им достается.

Приэкваториальная область - это вечное лето, где воздух всегда горячий и очень влажный из-за постоянных испарений. На экваторе день всегда равен ночи. Солнце бывает в зените - светит вертикально вниз - только на экваторе и только дважды в год (в те дни, на которые приходятся дни равноденствий в большинстве географических поясов Земли).

Экватор проходит через 14 государств. Города, расположенные непосредственно на линии: Макапа (Бразилия), Кито (Эквадор), Накуру и Кисуму (Кения), Понтинак (остров Калиманта, Индонезия), Мбандака (Республика Конго), Кампала (столица Уганды).

Длина экватора

Экватор является самой длинной параллелью Земли. Его длина составляет 40.075 км. Первым, кто смог приблизительно вычислить протяженность экватора, был Эратосфен - древнегреческий астроном и математик. Для этого он измерял время, в течение которого солнечные лучи достигали дна глубокого колодца. Это помогло ему вычислить длину радиуса Земли и, соответственно, экватора благодаря формуле длины окружности.

Следует отметить, что Земля не является идеальной окружностью, поэтому радиус ее в разных частях немого отличается. К примеру, радиус на экваторе равен 6378,25 км, а радиус на полюсах - 6356,86 км. Поэтому для решения задач по вычислению длины экватора радиус принимают равным 6371 км.

Длина экватора является одной из ключевых метрических характеристик нашей планеты. Ее используют для вычислений не только в географии и геодезии, но в астрономии и астрологии.

Полярный радиус Земли — малая полуось эллипсоида Красовского, равная 6 356 863 м.

Экваториальный радиус Земли — большая полуось эллипсоида Красовского, равная 6 378 245 м.

Средний радиус Земли — 6 371 302 м.

История измерения радиуса Земли

Эраторсфен. Еще древние египтяне заметили, что во время летнего солнцестояния Солнце освещает дно глубоких колодцев в Сиене (ныне Асуан), а в Александрии — нет. У Эратосфена Киренского (276 год до н. э.—194 год до н. э.) появилась гениальная идея — использовать этот факт для измерения окружности и радиуса Земли. В день летнего солнцестояния в Александрии он использовал скафис — чашу с длинной иглой, при помощи которого можно было определить под каким углом Солнце находится на небе.
Итак, после измерения угол оказался 7 градусов 12 минут, то есть 1/50 окружности. Стало быть Сиена отстоит от Александрии на 1/50 окружности Земли. Расстояние между городами считалось равным 5 тыс. стадиев, следовательно окружность Земли равнялась 250 тыс. стадиев, а радиус тогда 39,8 тыс. стадиев.
Неизвестно каким стадием пользовался Эратосфен. Если греческим (178 метров), то его радиус Земли получался 7,08 тыс. км, если египетским, то 6,3 тыс. км. Современные измерения дают для усреднённого радиуса Земли величину 6,371 км. В любом случае, точность для тех времён потрясающая.

Фернель. В 1528 г. Жан Фернель путем подсчета числа оборотов колеса экипажа измерил расстояние от Парижа до Амьена. Величина 1ой дуги меридиана у него составила 110,6 км. Через 4 года после возвращения спутников Магеланна в изучении Земли был сделан первый шаг. Парижанин Фернель пришел к мысли провести измерение радиуса Земли. Он решил измерить длину дуги величиной 1 градус. Он измерил полуденную высоту Солнца в Париже 26 августа. Далее ему нужно было найти место, где в то же время высота Солнца была ровно на 1 градус меньше. Для этого он потратил несколько дней. Но так как наступала осень, разница была меньше 1 градуса. Фернель, чтобы обойти это препятствие рассчитал высоту Солнца в Париже на неколько дней вперед.

Двигаясь на север, он мог сравнивать полученные данные каждый день в этот же самый день. Каждый день в полдень он останавливался и производил наблюдения. 29 августа он обнаружил, что высота Солнца на 1 градус меньше чем в Париже в то же время. Фернель измерил длину колеса (20 футов), а затем повернул обратно в Париж и считал обороты колеса (17024 об.). Потом он вычислил градусную меру дуги меридиана в туазах (1 туаз = 6 футов = 1,949 м), потом умножив на 360 и переведя туазы в метры можно найти длину меридиана:

1,949/6×20×17024×360/1000=39815 км.

Другие попытки

Еще век спустя, в 1614-1617 гг. голландский астроном Виллеброрд Снеллиус впервые применил метод триангуляции, когда линейная протяженность большой дуги на поверхности Земли измеряется через систему последовательно сопряженных треугольников. Его измерение 1 градуса дало 107 335 м.

В 1671 г. член Парижской академии Жан Пикар (1620-1682) опубликовал свой труд «Измерение Земли», в котором не только сообщил результаты высокоточных триангуляционных измерений в 1669-1670 гг. дуги Париж-Амьен (1° = 111 210 м, истинное значение 111 180 м), но и высказал предположение о том, что истинная форма Земли — не шар.

Буквально через год, в 1672 г. Жан Рише , проводя наблюдения Марса в Кайенне (Гвиана в Южной Америке, широта +5°), обнаружил замедление периода секундного маятника по сравнению с его периодом в Париже. Это было первое инструментальное свидетельство уменьшения силы тяжести на экваторе. Это открытие вновь заострило бурный спор, имевший место в то время в европейской науке. Дело в том, что в соответствии с теорией всемирного тяготения Ньютона, вращающиеся тела (в том числе наша Земля) должны принимать форму сплюснутого эллипсоида, а по теории эфирных вихрей Декарта, напротив, вытянутого сфероида. Поэтому вопрос об истинной форме Земли для ньютонианцев и картезианцев был принципиально важен.

Директор Парижской обсерватории Джованни Доменико Кассини (1625-1712) с 1683 г. начал проводить новые обширные работы по градусным измерениям уже на длинной дуге — от нормандских берегов Франции на севере до испанской границы на юге. К сожалению, из-за смерти Кольбера (министра финансов Людовика XIV) и самого Кассини работы прерывались и были завершены его сыном Жаком Кассини (1677-1756) только в 1718 г., а результаты опубликованы в 1720 г. Кассини также был картезианцем по своим взглядам и даже вступил в спор с Ньютоном, утверждая, что земной шар имеет вытянутую форму. Сам Ньютон давал теоретическую оценку сжатия Земли в 1/230.

Чтобы окончательно разобраться с формой Земли, Французская академия наук в 1735 г. организовала две грандиозные по тому времени экспедиции к экватору и полярному кругу. В Лапландию (66° с.ш.) отправились Пьер Мопертюи и Алексис Клеро, где измерили дугу протяженностью 57"30" и получили длину 1° равной 57 422 туаз (111,9 км). В Перу под руководством академика Пьера Бугера (1698-1758) методом триангуляции была измерена дуга от +0°02"30" с. ш. до -3°04"30" ю. ш., по которой длина 1° составила 56 748 туаз (110,6 км). Результат этой экспедиции стал первым опытным подтверждением сплюснутости Земли, что она имеет форму эллипсоида вращения. В честь этого события была даже выбита медаль, на которой изображенный Бугер опирался на земной шар и слегка его сплющивал.

Самое грандиозное градусное измерение XIX века возглавил основатель Пулковской обсерватории В. Я. Струве. Под руководством Струве русские геодезисты совместно с норвежскими измерили дугу, простиравшуюся от Дуная по западным областям России в Финляндию и Норвегию до побережья Северного Ледовитого океана. Общая протяженность этой дуги превысила 2800 км. Она охватывала более 25 градусов, что составляет почти 1/14 часть земной окружности. В историю науки она вошла под названием «дуги Струве». Автору этой книги в послевоенные годы довелось работать на наблюдениях (измерениях углов) на пунктах государственной триангуляции, примыкавших непосредственно к знаменитой «дуге».

Первую теорию фигуры Земли предложил в 1743 г. Алексис Клод Клеро (1713-1765). Теоремы Клеро устанавливают связь между формой Земли, ее вращением и распределением силы тяжести на ее поверхности, тем самым были заложены основы нового направления науки — гравиметрии. В 1841 г. Фридрих Бессель (1784-1846) установил для Земли форму сфероида со сжатием в 1/299,15, а в 1909 г. Джон Хейфорд получил эллипсоид с экваториальным радиусом 6378,388 м и сжатием 1/297,0, который использовался в качестве стандарта до 1964 г.

Фундаментальные определения были выполнены в 1940 г. Ф. Н. Красовским и А. А. Изотовым и опубликованы в 1950 г. Эллипсоид Красовского очень близок к современной системе астрономических постоянных, принятых Международным астрономическим союзом:

• экваториальный радиус Земли — 6 378 160±3 м,
• полярный радиус — 6 356 779 м ,
• сжатие — 1/298,25 = 0,0033529 .

При этом было введено и экваториальное сжатие 1/30000. Таким образом, некоторым промежуточным приближением формы Земли служит трехосный эллипсоид, у которого разница между экваториальным и полярным радиусами составляет 21381 м, а экваториальные радиусы в направлении Африки и Бразилии отличаются на 200 м .

На самом деле, истинная форма Земли на уровне точности в сотни метров уже не может быть представлена ни одной из математических фигур, и для ее представления применяется понятие геоида. Геоид — условная поверхность равного потенциала (поверхность равновесия), совпадающая с поверхностью свободно покоящейся воды в открытом океане. Отклонения геоида от эллипсоида не превышают, как правило, 100 м. Тем не менее, при условном представлении отклонений реальной формы Земли от аналитической фигуры, эти отклонения напоминают по форме грушу: «шишка» на северном полюсе и «провал» в Антарктиде. С помощью современных методов определения координат, в том числе и высоты над уровнем моря (спутниковые навигационные системы GPS, радиоинтерферометрические измерения и т. д.) реальная поверхность Земли описывается огромным массивом данных, при этом положение любого репера в трехмерном пространстве может быть определено с точностью до сантиметров.

Не надо путать форму Земли (геоид) с ее реальной твердой поверхностью. Очевидно, что рельеф литосферы в океанах располагается ниже поверхности геоида, а на материках — выше (говорят: «высота над уровнем моря»). Самая глубокая (относительно геоида) точка литосферы расположена в Марианском желобе (-11022 м), а самая высокая — г. Джомолунгма (8848 м). Наибольший перепад высот рельефа находится около Южной Америки, где разница высоты Анд (г. Аконкагуа — 6960 м) и прилегающего Чилийского желоба (максимальная глубина — 8180 м) составляет 15140 м.

Интересно напомнить, что форма Земли изменяется во времени. На ранних этапах существования Земли, как планетного тела, она вращалась вокруг своей оси значительно быстрее; предполагается, что древние земные сутки могли составлять 4-5 часов. Очевидно, что сжатие Земли в ту эпоху было значительно больше современного. С течением времени скорость вращения Земли замедляется (примерно на 15% за полмиллиарда лет), а ее форма, соответственно, «округляется». На меньших отрезках времени и в меньших масштабах по высоте существенную роль играет геотектоника плит. Как известно, материки «плавают» по поверхности магмы, как льдины по воде, и, перемещаясь, искажают при этом форму геоида на величины ~100 м за времена ~200 млн лет.

Наиболее «быстрыми» искажениями формы Земли являются приливы — гравитационные возмущения от Луны и Солнца. Наиболее известны эти возмущения в водной оболочке Земли, хотя присутствуют они и в атмосфере, и в литосфере. Теоретическая высота прилива (т.е. искажение формы геоида вследствие гравитационного возмущения от Луны) составляет около 50 см. Однако «приподнимание» «твердой» земной поверхности из-за упругости тела Земли существенно меньше (10-20 см). Наибольшую величину имеют водные приливы, связанные с воздействием на океаническую приливную волну мелкого дна и узостей береговой линии (до 18 м в заливе Фанди).

Источники информации:

Для понятия движений земной коры и вулканизма, образова­ния минералов, пород и процессов, происходящих на поверхности Земли (выветривание, влияние климатических факторов, кругово­рот веществ в природе, образования почвы и др.), необходимо иметь представление о размерах, строении и физическом состоя­нии Земли.

Земля, третья от Солнца планета Солнечной системы , вращаю­щаяся вокруг нее по эллиптической орбите (близкой к круговой) со средней скоростью 29,765 км/с, на среднем расстоянии 149,6 млн. км за период, равный 365,24 средних солнечных суток, имеет спутник - Луну, вращающуюся вокруг Земли на среднем расстоянии 384 000 км.

Измерения различными методами показали, что Земля имеет не совсем круглую форму - она немного сплюснута в направле­нии полюсов. Форма Земли - геоид, приближенно - трехосный эллипсоид, сфероид.

Экваториальный радиус Земли (расстояние от центра Земли до экватора) равняется 6378,160 км, а полярный радиус (расстоя­ние от центра Земли до полюса) - 6356,777 км. За средний радиус Земли принимают 6371,032 км. Разница между этими ра­диусами составляет 21,383 км. Площадь поверхности Земли состав­ляет 510,2 млн. км2, объем - 1,083-1012 км2, плотность - 5518 кг/см3, масса -5976-1021 кг.

Земля обладает магнитным и тесно связанными с ним электри­ческими полями . Гравитационное поле Земли обусловливает сфе­рическую форму Земли, существование атмосферы.

В составе Земли преобладают железо (34,6 %), кислород (29,5%), кремний (15,2%), магний (12,7%). От поверхности Земли к центру возрастают давление, плотность и температура; давление в центре Земли составляет 3,6-10й Н/м2, плотность — около 12,5-103 кг/м3, температура - 4000-5000 °С. Основные типы земной коры - материковый и океанический; в переходной зоне от материка к океану развита кора промежуточного строения.

Большая часть поверхности Земли занята Мировым океаном (361,1 млн. км2, или 70,8%). Средняя глубина океана - около 3800 м, наибольшая - 11022 м (Марианский желоб в Тихом океане), объем воды- 1370 млн. км3, средняя соленость - 35 г/л.

Суша составляет 149,1 млн. км2 (29,2 %) и образует 6 матери­ков и острова. Она поднимается над уровнем Мирового океана в среднем на 875 м (наибольшая высота 8848 м - гора Джомо­лунгма (Эверест); горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают около 20 % поверхности суши, саванны и редколесья - около 20, леса - около 30, ледники - свыше 10%. Свыше 10 % суши занято сельскохозяйственными угодьями.

В течение длительного времени на Земле происходили процес­сы превращения и перемещения материи, в результате чего она расчленилась на ряд оболочек, или геосфер, последовательно сме­няющих одна другую. Различают следующие геосферы Земли : атмосферу, гидросферу и литосферу, за которой находятся проме­жуточная оболочка и ядро. Помимо перечисленных сфер выделя­ют еще биосферу.

Геосферы Земли очень различаются между собой по химичес­кому составу и физическим свойствам (температура, плотность, давление).

Атмосфера окружает Землю мощной газовой оболочкой высотой до 3 тыс. км, которую в зависимости от химического со­става и плотности химических элементов разделяют на тропосфе­ру, стратосферу, ионосферу.

Тропосфера размещена над поверхностью Земли на высоте 10-15 км. В состав воздуха тропосферы входят азот (78%), кислород (21%), углекислый газ (0,03%), аргон, неон, ксенон и др. Тропосфера характеризуется тем, что давление воздуха в ней с увеличением высоты уменьшается, а температура понижа­ется и на расстоянии 10-12 км от Земли достигает 55 °С. Воздух в тропосфере очень насыщен, здесь происходит наибольшее пере­мещение воздушных масс.

Стратосфера размещается на высоте 50-100 км. Она характе­ризуется разреженным воздухом.

Ионосфера расположена выше стратосферы. В ней очень раз­режен воздух и под влиянием ультрафиолетовых лучей Солнца происходит образование ионов, которые рассеиваются в космосе.

Гидросфера - это моря, океаны, озера, реки, подземные воды, ледники и снежные покровы. Она занимает до 71 % поверх­ности Земли. В состав гидросферы входит свыше 40 химических элементов, среди которых 85,45% кислорода, 10,63 % водорода, 2,06% хлора, 1,14% натрия и 0,72% других элементов. Гидро­сфера наиболее активно действует на перераспределение химичес­ких соединений в природе.

Биосфера - это пространство, занятое живыми организма­ми (в воздухе - до высоты 10 км, в океанах - до глубины 11 км), населяющими литосферу, гидросферу и атмосферу. По В. И. Вер­надскому, биосфера - это зона жизни.

На протяжении всех геологических периодов биосфера разви­валась и изменялась. Живая субстанция биосферы содержит до 75 % воды, почти 25 % сухого вещества и в нем 2 % зольных (несжигаемых, или минеральных) веществ. В органической суб­станции содержится 50 % углерода, ассимилированного с воздуха и воды.

Новый фактор, оказывающий мощное влияние на биосферу,- производственная деятельность человека, появившегося на Земле не менее 3 млн. лет назад.

Значительное влияние на биосферу оказывают климатические условия различных зон Земли . Максимальная температура по­верхности суши в тропических пустынях Африки и Северной Аф­рики- 57-58 °С, а минимальная в центральных районах Антарк­тиды - около 90 °С. Распределение по широте и высоте над уров­нем моря солнечной энергии, поступающей на Землю, вызвало в пределах географической оболочки закономерную смену климата, растительности, почв, животного мира, в результате чего образо­вались физико-географические пояса, физико-географические зоны, высотная поясность.

Образование Земли и начальный этап ее развития относятся к догеологической истории. Абсолютный возраст наиболее древ­них пород составляет свыше 3,5 млрд. лет. Геологическая история Земли делится на два неравных этапа: докембрий, занимающий около 5/6 всего геологического летоисчисления (около 3 млрд. лет), и фанерозой, охватывающий последние 570 млн. лет.

Из геосфер наиболее интересным для почвоведения являются зона осадочных пород, биосфера, кора выветривания и значитель­ная часть атмосферы (тропосфера) со средней толщиной 8- 18 км в зависимости от географической широты.

Тропосфера, биосфера и кора выветривания имеют прямое и побочное влияние на круговорот веществ в природе, на почвообразующие породы, почвы, которые покрывают значительную часть континентов Земли, на развитие растений, животных и деятель­ность человека.

Литосфера - внешняя сфера «твердой» Земли, включаю­щая, земную кору и часть верхней мантии,- имеет толщину по Ферсману до 1200 км. Наиболее глубокая ее часть - передотитовая оболочка - состоит преимущественно из минералов оливина и роговой обманки. Удельная масса ее достигает 3,6-4, а температура - 1200-1500 °С. Из химических элементов в ней преобладает кислород, кремний, железо, магний, кальций, хром, алюминий, ванадий.

Промежуточная оболочка, или мантия, находит­ся между литосферой и ядром и распространяется до глубины 2900 км. Эта оболочка подразделяется на две части - верхнюю, в составе которой преобладают кислород, кремний и, очевидно, магний, и нижнюю, в состав которой входят, главным образом, кислород, кремний, железо, магний и никель. Граница между эти­ми двумя слоями проходит на глубине 900 км.

Ядро Земли располагается с глубины 2900 км от поверх­ности Земли и до ее центра . Мнения ученых относительно со­става ядра расходятся. Одни считают, что ядро состоит, главным образом, из железа и никеля, другие - что состав ядра немного отличается от состава нижней мантии, но вещество там находится в сильно уплотненном, так называемом металлизированном со­стоянии.

Возможно, Вас так же заинтересует:

Всем известно, что планета Земля обладает круглой формой. Но какие размеры имеет планета, мало кто сможет сказать. Какова длина окружности земли по экваториальной линии или по меридиану? Чему равен диаметр Земли? Постараемся ответить на эти вопросы максимально подробно.

Прежде всего рассмотрим основные понятия , с которыми мы столкнёмся при ответе на вопрос о длине окружности Земли.

Что называют экватором? Это круговая линия, опоясывающая планету и проходящая через её центр. Экватор перпендикулярен оси земного вращения. Он удалён одинаково от одного и другого полюса. Экватор разделяет планету на два полушария, называемые Северным и Южным. Он играет большую роль в определении климатических поясов на планете. Чем ближе к экватору, тем климат жарче, ведь этим территориям достаётся больше солнечного света.

Что такое меридианы? Это такие линии, которые разделяют весь земной шар . Всего их 360, то есть каждая доля между ними равняется одному градусу. Меридианы пролегают через полюса планеты. По меридианам считают географическую долготу. Отсчёт начинается от нулевого меридиана, который также именуют Гринвичским, поскольку он пролегает через Гринвичскую обсерваторию в Англии. Долготу называют восточной или западной - в зависимости от того, в каком направлении идёт отсчёт.

В древние времена

Впервые окружность Земли измерили ещё в Древней Греции. Это был математик Эратосфен из города Сиены. В то время уже было известно , что планета обладает шаровидной формой. Эратосфен наблюдал за Солнцем и заметил, что светило в одно и то же время суток при наблюдении из Сиены расположено точно в зените, а в Александрии оно имеет угол отклонения.

Эти измерения производились Эратосфеном в день солнцестояния в летний период. Учёный измерил угол и обнаружил, что его величина составляет 1/50 часть от целой окружности, равняемой 360 градусам. Зная хорду угла в один градус, её нужно умножить на 360. Затем Эратосфен взял в качестве длины хорды интервал между двумя городами (Сиеной и Александрией), предположил, что они находятся на одном меридиане, произвёл расчёты и назвал цифру 252 тысячи стадий. Это число и означало окружность Земли.

Для того времени подобные измерения считались точными, ведь никаких способов измерить величину окружности Земли более точно, не существовало. Современные учёные признаются, что величина, посчитанная Эратосфеном, получилась довольно точной, несмотря на то, что:

• эти два города - Сиена и Александрия не расположены на одном меридиане;
• древний учёный получил цифру, исходя из дней пути верблюдов, а ведь ходили они не по идеально прямой линии;
• неизвестно, какой прибор применял учёный для измерения углов;
• непонятно, чему равнялся стадий, используемый Эратосфеном.

Тем не менее, учёные до сих пор придерживаются мнения о точности и уникальности метода Эратосфена, впервые измерившего диаметр Земли.

В Средние века

В XVII веке учёный из Голландии по имени Сибелиус изобрёл метод расчёта расстояний с помощью теодолитов. Это специальные приборы для измерения углов , используемые в геодезии. Метод Сибелиуса назвали триангуляцией, он заключался в построении треугольников и измерении их базисов.

Триангуляция практикуется и в наши дни. Учёные условно поделили всю поверхность земного шара на треугольные участки.

Российские исследования

Учёные из России в XIX веке также внесли свой вклад в вопрос измерения длины экватора. Исследования велись в Пулковской обсерватории. Руководил процессом В. Я Струве.

Если ранее Землю считали шаром идеальной формы, то позднее накопились факты, согласно которым сила земного притяжения уменьшалась от экватора к полюсам. Учёные пытались дать объяснение этому явлению . Было несколько теорий. Самой популярной из них считалась теория о сжатии Земли со стороны того и другого полюса.

Чтобы проверить верность гипотезы, Французская академия организовала экспедиции в 1735 и 1736 годах. В результате учёные измерили длину экваториального и полярного градуса в двух точках земного шара - в Перу и Лапландии. Выяснилось, что на экваторе градус имеет меньшую длину. Таким образом выяснили, что окружность Земли полярная меньше окружности по экватору на 21,4 километра.

В наши дни, после безошибочных и точных исследований было установлено, что длина окружности Земли по экватору равна 40075,7 км, а по меридиану — 40008,55 км.

Также известно, что:

• большая полуось Земли (радиус планеты по экватору) равен 6378245 метрам;
• полярный радиус, то есть малая полуось, - 6356863 метрам.

Учёные посчитали площадь поверхности Земли и определили цифру 510 миллионов кв. км. Суша занимает 29% от этой площади. Объем голубой планеты составляет 1083 миллиарда куб. км. Масса планеты определяется цифрой 6х10^21 тонн. Доля воды в этой величине составляет 7%.

Видео

Посмотрите интересный эксперимент, демонстрирующий, каким способом Эратосфену удалось высчитать окружность Земли.

Не получили ответ на свой вопрос? Предложите авторам тему.

Люди давным-давно догадывались, что Земля, на которой они обитают, похожа на шар. Одним из первых высказал мысль о шарообразности Земли древнегреческий математик и философ Пифагор (ок. 570—500 до н. э.). Величайший мыслитель древности Аристотель, наблюдая лунные затмения, подметил, что край земной тени, падающей на Луну, всегда имеет круглую форму. Это и позволило ему с уверенностью судить о том, что наша Земля шарообразна. Теперь же, благодаря достижениям космической техники, все мы (и не раз) имели возможность любоваться красотой земного шара по снимкам, сделанным из космоса.

Уменьшенным подобием Земли, ее миниатюрной моделью является глобус. Чтобы узнать длину окружности глобуса, достаточно обернуть его питью, а затем определить длину этой нити. По огромную Землю с мерной лептой по меридиану или экватору не обойдешь. Да и в каком бы направлении мы ни стали ее измерять, па пути обязательно появятся непреодолимые препятствия — высокие горы, непроходимые болота, глубокие моря и океаны...

А можно ли узнать размеры Земли, не измеряя всей ее окружности? Конечно, можно.

Известно, что в окружности 360 градусов. Поэтому, чтобы узнать длину окружности, в принципе достаточно измерить точно длину одного градуса и результат измерения умножить на 360.

Первое измерение Земли таким способом произвел древнегреческий ученый Эратосфен (ок. 276—194 до и. э.), живший в египетском городе Александрии, па берегу Средиземного моря.

С юга в Александрию приходили караваны верблюдов. От сопровождавших их людей Эратосфен узнал, что в городе Сиене (нынешнем Асуане) в день летнего солнцестояния Солнце в иол-день находится над головой. Предметы в это время не дают никакой тени, а солнечные лучи проникают даже в самые глубокие колодцы. Стало быть, Солнце достигает зенита.

Путем астрономических наблюдений Эратосфен установил, что в этот же самый день в Александрии Солнце отстоит от зенита на 7,2 градуса, что составляет ровно 1/50 часть окружности. (В самом деле: 360: 7,2 = 50.) Теперь, чтобы узнать, чему равна окружность Земли, оставалось измерить расстояние между городами и умножить его па 50. Но измерить это расстояние, пролегающее по пустыне, Эратосфену было не под силу. Не могли измерить его и проводники торговых караванов. Они лишь знали, сколько времени тратят их верблюды на один переход, и считали, что от Сиены до Александрии 5000 египетских стадий. Значит, вся окружность Земли: 5000 x 50 = 250 000 стадий.

К сожалению, мы не знаем точно длину египетской стадии. По некоторым данным, она равна 174,5 м, что дает для земной окружности 43 625 км. Известно, что радиус в 6,28 раза меньше длины окружности. Получалось, что радиус Земли, но Эратосфену,— 6943 км. Вот так более двадцати двух веков тому назад впервые были определены размеры земного шара.

По современным данным, средний радиус Земли составляет 6371 км. По почему средний? Ведь если Земля — шар, то идее земные радиусы должны быть одинаковыми. Об этом мы расскажем дальше.

Способ точного измерения больших расстояний впервые предложил голландский географ и математик Вилдеброрд Сиеллиус (1580-1626).

Представим себе, что необходимо измерить расстояние между точками А и Б, удаленными одна от другой на сотни километров. Решение этой задачи следует начать с построения на местности так называемой опорной геодезической сети. В простейшем варианте она создается в виде цепочки треугольников. Вершины их выбираются на возвышенных местах, где сооружаются так называемые геодезические знаки в виде специальных пирамид, и обязательно так, чтобы из каждого пункта были видны направления на все соседние пункты. А еще эти пирамиды должны быть удобны для работы: для установки угломерного инструмента — теодолита — и измерения всех углов в треугольниках этой сети. Кроме того, в одном из треугольников измеряется одна сторона, которая пролегает по ровной и открытой местности, удобной для линейных измерений. В результате получается сеть треугольников с известными углами и исходной стороной — базисом. Затем следуют вычисления.

Решение наминается с треугольника, содержащего базис. По стороне и углам вычисляются две другие стороны первого треугольника. Но одна из его сторон является одновременно стороной смежного с ним треугольника. Она служит исходной для вычисления сторон второго треугольника и так далее. В конце концов находятся стороны последнего треугольника и вычисляется искомое расстояние — дуга меридиана АБ.

Геодезическая сеть обязательно опирается на астрономические пункты А и Б. Методом астрономических наблюдений звезд определяются их географические координаты (широты и долготы) и азимуты (направления на местные предметы).

Теперь, когда известна протяженность дуги меридиана АБ, а также ее выражение в градусной мере (как разность широт астропунктов А и Б), не составит особого труда вычислить длину дуги 1 градуса меридиана путем простого деления первой величины на вторую.

Этот способ измерения больших расстояний на земной поверхности получил название триангуляции — от латинского слова «триапгулюм», что значит «треугольник». Он оказался удобным для определения размеров Земли.

Изучением размеров нашей планеты и формы се поверхности занимается наука геодезия, что в переводе с греческого означает «землеизмерение». Ее зарождение следует отнести к Эратосфсну. Но собственно научная геодезия началась с триангуляции, впервые предложенной Сиеллиусом.

Самое грандиозное градусное измерение XIX века возглавил основатель Пулковской обсерватории В. Я. Струве. Под руководством Струве русские геодезисты совместно с норвежскими измерили дугу» простиравшуюся от Дуная по западным областям России в Финляндию и Норвегию до побережья Северного Ледовитого океана. Общая протяженность этой дуги превысила 2800 км! В ней было заключено более 25 градусов, что составляет почти 1/14 часть земной окружности. В историю науки она -вошла под названием «дуги Струве». Автору этой книги в послевоенные годы довелось работать на наблюдениях (измерениях углов) на пунктах государственной триангуляции, примыкавших непосредственно к знаменитой «дуге».

Градусные измерения показали, что паша Земля не является в точности шаром, а похожа на эллипсоид, то есть она сжата у полюсов. У эллипсоида все меридианы представляют собой эллипсы, а экватор и параллели — окружности.

Чем длиннее измеряемые дуги меридианов и параллелей, тем точнее можно вычислить радиус Земли и определить ее сжатие.

Отечественные геодезисты промерили государственную триангуляционную сеть почти на половине территории СССР. Это позволило советскому ученому Ф. Н. Красовскому (1878-1948) более точно определить размеры и форму Земли. Эллипсоид Красовского: экваториальный радиус — 6378,245 км, полярный радиус — 6356,863 км. Сжатие планеты — 1/298,3, то есть на такую часть полярный радиус Земли короче экваториального (в линейной мере — 21,382 км).

Представим себе, что па глобусе с поперечником 30 см решили изобразить сжатие земного шара. Тогда полярную ось глобуса пришлось бы укоротить на 1 мм. Это так мало, что совершенно незаметно для глаза. Вот так и Земля с большого расстояния кажется совершенно круглой. Такой ее наблюдают космонавты.

Изучая форму Земли, ученые прийти к выводу, что она сжата не только вдоль оси вращения. Экваториальное сечение земного шара в проекции на плоскость дает кривую, которая тоже отличается от правильной окружности, правда совсем немного — на сотни метров. Все это свидетельствует о том, что фигура у нашей планеты более сложная, чем казалось раньше.

Теперь уже совершенно ясно, что Земля не является правильным геометрическим телом, то есть эллипсоидом. К тому же поверхность нашей планеты далеко не гладкая. На ней есть возвышенности и высокие горные хребты. Правда, суши почти в три раза меньше, чем воды. Что же в таком случае мы должны подразумевать подземной поверхностью?

Как известно, океаны и моря, сообщаясь друг с другом, образуют на Земле обширную водную гладь. Поэтому ученые условились принимать за поверхность планеты поверхность Мирового океана, находящегося в спокойном состоянии.

А как поступать в районах континентов? Что там считать поверхностью Земли? Тоже поверхность Мирового океана, мысленно продолженную под всеми материками и островами.

Вот эта фигура, ограниченная поверхностью среднего уровня Мирового океана, была названа геоидом. От поверхности геоида и ведется отсчет всех известных «высот над уровнем моря». Слово «геоид», или «землеподобный», специально придумало для названия фигуры Земли. В геометрии такой фигуры не существует. Близок по форме к геоиду геометрически правильный эллипсоид.

4 октября 1957 года с запуском в нашей стране первого искусственного спутника Земли человечество вступило в космическую эру. 11ачалось активное исследование околоземного пространства. При этом выяснилось, что спутники очень полезны и для познания самой Земли. Даже в области геодезии они сказали свое «веское слово».

Как известно, классическим методом изучения геометрических характеристик Земли является триангуляция. Но раньше геодезические сети развивали лишь в пределах материков, а между собой они не были связаны. Ведь на морях и океанах триангуляцию не построишь. Поэтому расстояния между материками были определены менее точно. За счет этого снижалась точность определения размеров самой Земли.

С запуском спутников геодезисты сразу поняли: появились «визирные цели» на большой высоте. Теперь можно будет измерить большие расстояния.

Идея метода космической триангуляции проста. Синхронные (одновременные) наблюдения спутника из нескольких отдаленных пунктов земной поверхности позволяют привести их геодезические координаты к единой системе. Так были связаны воедино триангуляции, построенные на разных материках, а заодно были уточнены размеры Земли: экваториальный радиус — 6378,160 км, полярный радиус — 6356,777 км. Величина сжатия — 1/298,25, то есть почти такая же, как у эллипсоида Красовского. Разница между экваториальным и полярным диаметрами Земли достигает 42 км 766 м.

Если бы наша планета была правильным шаром, а массы внутри нее распределены равномерно, то спутник мог бы двигаться вокруг Земли по круговой орбите. Но отклонение формы Земли от шарообразной и неоднородность ее недр приводят к тому, что над различными точками земной поверхности сила притяжения неодинаковая. Изменяется сила притяжения Земли — изменяется орбита спутника. И все, даже малейшие изменения в движении спутника с низкой орбитой — то результат гравитационного воздействия на него той или иной земной выпуклости или и падины, над которой он пролетает.

Оказалось, что наша планета имеет еще и слегка грушевидную форму. Ее Северный полюс приподнят над плоскостью экватора па 16 м, а Южный — примерно на столько же опущен (как бы вдавлен). Вот и получается, что в сечении по меридиану фигура Земли напоминает грушу. Она чуть-чуть вытянута к северу и приплюснута у Южного полюса. Налицо полярная асимметрия: Се пер нос полушарие нетождественно Южному. Так на основании спутниковых данных было получено самое точное представление об истинной форме Земли. Как видим, фигура нашей планеты заметно отклоняется от геометрически правильной формы шара, а также от фигуры эллипсоида вращения.