3. Эволюция представлений о фигуре Земли. Современные воззрения на фигуру Земли.
Современные представления о фигуре и размерах Земли основываются на многочисленных исследованиях, начало которым было положено в глубокой древности. Еще во II веке до н.э. древнегреческий математик, астроном и географ Эратосфен Киренский считал Землю шаром, радиусом равным 6290 км (по его данным длина экватора составляет 39 501 км, что оказалось лишь на 574 км меньше фактической – 40 075 км).
Форма и размеры Земли изучались и изучаются по результатам астрономических и геодезических измерений, измерений силы тяжести в различных точках земной поверхности.
В последние годы некоторые величины, характеризующие фигуру и размеры Земли, уточнены по данным ИСЗ и пилотируемых космических кораблей.
Истинная поверхность Земли имеет сложную неправильную форму, которая получила название «геоид» (от греческих слов «Земля» и «вид» или «похожий на Землю»).
Геоид – геометрическая фигура, которая совпадает со средней поверхностью вод Мирового океана свободной от приливов, течений и прочих возмущений (т.е. поверхность геоида перпендикулярна отвесной линии (направление силы тяжести в точке земной поверхности) во всех его точках).
Геоид имеет сложную и неправильную форму, но для решения различных задач на поверхности Земли необходимо подобрать такую математически правильную фигуру, которая по форме была бы близка к форме геоида.
Такой фигурой является эллипсоид вращения (сфероид).
Земной эллипсоид – это двухосный эллипсоид вращения:
• его объем равен объему геоида;
• его большая и малая оси соответственно совпадают с плоскостью экватора (большая ось) и осью вращения Земли (малая ось);
• отклонения его поверхности от поверхности Земли минимальны (не превышают 100÷150 м).
Такой земной эллипсоид строго определенных размеров, является вспомогательной поверхностью для всех геодезических и картографических работ.
До 1964 г. каждая страна руководствовалась данными «своего» земного эллипсоида и такой эллипсоид получил название референц-эллипсоида (образец эллипсоида).
С 1946 г. на территории бывшего СССР для всех работ принят референц-эллипсоид Красовского Ф.Н.. Разность полуосей этого эллипсоида составляет 21 км 382 м.
4. Понятие о методах определения фигуры и размеров Земли
При решении ряда геодезических задач требуется знать форму и размеры Земли, которая не является правильным геометрическим телом. ЕЕ физическая поверхность очень сложная, ее невозможно выразить какой-либо математической формулой. Поэтому в геодезии введено понятие уровенной поверхности.
Уровенной называют выпуклую поверхность, касательная к которой в любой точке перпендикулярна направлению отвесной линии. Ур.пов-ть мысленно можно провести через любую точку на поверхности Земли, под землей и над землей. Реально уровенную поверхность можно представить как водную пов-ть пруда, озера, моря, океана в спокойном состоянии.
Поверхность мирового океана, мысленно продолженная под сушей, названа поверхностью геоида, а тело, ограниченное ею – геоидом.
Исследования формы Земли показали, что она сплюснута с полюсов, вследствие вращения Земли вокруг своей оси. Поэтому в качестве математической поверхности, характеризующей форму Земли, принимают поверхность такого эллипсоида вращения, который по форме наиболее близко подходит к поверхности геоида. Размерами эллипсоида являются длины его большой а и малой b полуосей, а также сжатие, которое определяют по формуле: α=(a-b)/a.
На протяжении двух последних столетий ученые неоднократно определяли размеры Земного эллипсоида.
-
исследователь
год
полуось
Сжатие α
Большая, а, м
Малая, b, м
Деламбр
1800
6375653
6356564
1/334,0
Бессель
1841
6377397
6356079
1/299,2
Красовский
1940
6378245
6356863
1/298,3
Результаты, полученные Деламбром, имеют историческое значение. Одна десятимиллионная часть четверти меридиана Деламбра(парижского)была принята за единицу длины в метрической системе – метр. Результатами, полученными Бесселем, пользовались в России до 1946г. В 1940г. советские геодезисты под руководством Красовского получили наиболее точные и достоверные размеры земного эллипсоида, которые были приняты для геодезических работ в 1946г.
При приближенных расчетах поверхность эллипсоида принимают за поверхность шара с радиусом 6371,1км. Для небольших участков земной поверхности поверхность эллипсоида принимают за плоскость.