Лепка 

Каковы размеры планеты земля? Форма, размеры и геодезия планеты земля Сведения о размерах нашей планеты

ОБЩИЙ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЗЕМЛИ

Вспомните! Что вам известно о форме и размерах Земли? Постарайтесь ответить на следующие вопросы: какую форму имеет наша планета; какие доказательства вы можете привести, подтверждающие ваш ответ; почему Землю относят к планетам; какое место по величине занимает она среди планет Солнечной системы, в чем сходство и различие Земли с другими планетами солнечной системы, с именами каких ученых связаны научные представления о форме и размерах Земли?

Земля, как и другие планеты Солнечной системы, имеет шарообразную форму. Ее диаметр около 12 750 км. Поскольку человек видит лишь небольшую часть Земли, земная поверхность кажется ему плоским кругом, ограниченным линией, где небо как бы соприкасается с землей. Недаром многим древним народам Земля казалась плоской. Позже, в Древней Греции во времена Гомера (IX-VIII вв. до н.э.), Землю представляли слегка выпуклым диском, наподобие щита воина, и считали, что сушу со всех сторон омывает океан.

Во времена Пифагора (VI в. до н. э.) стали предполагать, что Земля - шар, как и другие планеты. Первые доказательства шарообразности Земли принадлежат древнегреческому ученому Аристотелю (IV в. до н.э.). К ним он относил наблюдения за лунными затмениями, во время которых тень от Земли, отбрасываемая на поверхность Луны, всегда круглая; изменение вида звездного неба при движении по меридиану; расширение горизонта при поднятии над поверхностью Земли.

Постепенно представления о Земле как о шаре стали основываться не на наблюдениях, а на точных расчетах и измерениях. Первым, кто измерил величину земного шара, был древнегреческий ученый Эратосфен (III-II вв. до н.э.). Он измерил длину дуги 1° меридиана, а затем на этой основе рассчитал длину всей окружности Земли по меридиану. Она оказалась равной около 40 000 км, что близко к действительности. Таким образом, ученые Древней Греции имели, в общем, правильные представления о фигуре и размерах Земли. Однако карты их, показывающие распределение суши и моря на земной поверхности, были весьма несовершенны из-за недостатка фактических данных.

В период средневековья, вплоть до XV в., многие научные представления античных народов о Земле из-за господства церкви во всех сферах жизни отрицались. Учение о шарообразности Земли в этот период отвергалось.

С конца XV в. начинается возрождение, а потом и интенсивное развитие многих наук и культуры. Наступил период великих географических открытий. Христофор Колумб в поисках западного пути в Индию открыл Новый Свет-Америку (1492). Васко-да-Гама, обогнув Африку, проложил морской путь в Индию (1497). Фернандо Магеллан и его спутники совершили первое кругосветное плавание (1519-1522). В этот период сомнений в шарообразности Земли не было, и Землю стали изображать в виде объемной модели - глобуса. Самый первый глобус диаметром более 0,5 м был изготовлен немцем Мартином Бехаймом (1492).



Рис. 1. Форма и размеры Земли : Рис. 2. Соотношение сфероида, геоида и земной поверхности:

1-поверхность шара, 2 - поверхность 1 - поверхность сфероида, 2 - поверх- сфероида; а - экваториальный радиус, ность геоида, 3- земная поверхность;

б - полярный радиус. а - земная кора, б - океан.

В связи с развитием знаний о природе Земли представления о ее форме продолжали совершенствоваться. В конце XVII в. на основании работы Ньютона возникло предположение о том, что ввиду осевого вращения земной шар должен быть сплюснут у полюсов. Это предположение было доказано последующими измерениями.

Шар, равномерно сплюснутый у полюсов, называется сфероидом, или эллипсоидом вращения. У Земли экваториальный радиус на 21,4 км длиннее полярного, так что сжатие ее невелико (рис. 1).

Последующие измерения силы тяжести показали, что фигура Земли сложнее. Она отклоняется от правильной формы сфероида из-за неоднородного строения недр, неравномерного распределения масс. Истинная геометрическая фигура Земли была названа геоидом («землеподобным»). Геоид определяется как фигура, поверхность которой всюду перпендикулярна направлению силы тяжести, т. е. отвесу. Поверхность геоида совпадает с уровенной поверхностью Мирового океана. Поднятия и опускания геоида над сфероидом составляют ±50...±100 м.

Истинная физическая поверхность Земли со всеми ее горами и впадинами не совпадает с поверхностью геоида и отступает от него на несколько километров. Сила тяжести все время стремится выровнять действительную поверхность Земли, привести ее в соответствие с уровенной поверхностью

Так как разница между сфероидом и геоидом невелика, то для геодезических и картографических работ в нашей стране приняты следующие величины земного эллипсоида Ф.Н. Красовского (назван в честь ученого, под руководством которого велись расчеты): экваториальный радиус а = 6378,2 км, полярный радиус b = 6356,8 км, полярное сжатие a-b/a = 1/298, длина меридиана равна 40008,5 км, длина экватора 40075,7 км, площадь поверхности Земли - 510 млн. км 2 ..

Благодаря искусственным спутникам Земли в настоящее время уточнены размеры эллипсоида вращения, получены данные, наиболее близко подходящие к реальной форме Земли. Однако от размеров эллипсоида Ф.Н. Красовского они отличаются столь незначительно (десятки метров), что никакого практического значения для геодезии и картографии не имеют. Для анализа большинства географических процессов допустимо принимать Землю за шар, т. е. считать ее шарообразной.

В настоящее время научными доказательствами шарообразности Земли считаются следующие: фотографии и измерения из Космоса с искусственных спутников Земли с разных расстояний и точек траекторий полетов; градусные измерения по поверхности Земли и лунные затмения.

Постепенное появление предметов из-за горизонта, увеличение дальности (радиуса) видимого горизонта при поднятии, кругообразная форма видимого горизонта, изменение видимости звездного неба при движении по меридиану, освещение высоких частей предметов, перед восходом и после захода солнца, кругосветные плавания доказывают лишь выпуклость, а не шарообразность Земли.

Форма и размеры Земли имеют большое географическое значение. Шарообразная фигура Земли обусловливает уменьшение угла падения солнечных лучей на земную поверхность от экватора к полюсам и как следствие этого явления - образование нескольких тепловых поясов. Тепловые пояса, в свою очередь, наряду с другими факторами (размерами и массой Земли, определенного расстояния ее от Солнца) обусловливают закономерное изменение природных процессов и явлений в географической оболочке по направлению от экватора к полюсам.

Размеры и масса Земли предопределяют такую силу земного притяжения, которая удерживает атмосферу определенного состава и гидросферу, без которых невозможна жизнь. Важно и расстояние Земли от Солнца. При более близком положении Земли к Солнцу, чем теперь, она могла бы превратиться в раскаленную пустыню, при более отдаленном - приобрести постоянный ледяной панцирь.

Таким образом, жизнь на Земле, возникновение и существование на ней географической оболочки в значительной мере зависит от формы и размеров нашей планеты, а также и рас­стояния от Солнца.

Вопросы и задания для повторения:

1. Какова форма Земли?

2. Какими доказательствами шарообразности Земли располагает современная наука?

3. Расскажите об основных величинах, характеризующих размеры Земли:

радиусах (полярном и экваториальном), длине экватора и меридиана, площади поверхности.

4. Какое значение имеют форма и размеры Земли?

5. Как изменилась бы природа Земли, если бы она была значительно меньших или больших размеров при той же плотности вещества?

Около Александрийской библиотеки во время положения Солнца над Сиеной в зените, сумел измерить длину земного меридиана и вычислить радиус Земли. То, что форма Земли должна отличаться от шара впервые показал Ньютон.

Известно, что планета сформировалась под действием двух сил — силы взаимного притяжения её частиц и центробежной силы, возникающей из-за вращения планеты вокруг своей оси. Сила тяжести представляет собой равнодействующую этих двух сил. Степень сжатия зависит от угловой скорости вращения: чем быстрее вращается тело, тем больше оно сплющивается у полюсов.

Рис. 2.1. Вращение Земли

Понятие фигуры Земли может трактоваться по-разному в зависимости от того, какие требования предъявляются к точности решения тех или иных задач. В одних случаях Землю можно принять за плоскость, в других - за шар, в третьих - за двухосный эллипсоид вращения с малым полярным сжатием, в четвертых - трехосный эллипсоид.




Рис. 2.2. Физическая поверхность Земли (вид из космоса)

Суша составляет приблизительно одну треть от всей поверхности Земли. Она возвышается над уровнем моря в среднем на 900 - 950 м. По сравнению с радиусом Земли (R = 6371 км) это весьма малая величина. Поскольку большую часть поверхности Земли занимают моря и океаны, то за форму Земли можно принять уровенную поверхность, совпадающую с невозмущенной поверхностью Мирового океана и мысленно продолженную под материками.По предложению немецкого ученого Листинга данную фигуру назвали геоидом .
Фигура, ограниченная уровенной поверхностью, совпадающей с поверхностью воды Мирового океана в спокойном состоянии, мысленно продолженная под материками, называется геоидом.
Под Мировым океаном понимают поверхности морей и океанов, связанные между собой.
Поверхность геоида во всех точках перпендикулярна отвесной линии.
Фигура геоида зависит от распределения масс и плотностей в теле Земли. Она не имеет точного математического выражения и является практически неопределимой, в связи с чем в геодезических измерениях вместо геоида используется его приближение - квазигеоид. Квазигеоид , в отличие от геоида, однозначно определяется по результатам измерений, совпадает с геоидом на территории Мирового океана и очень близок к геоиду на суше, отклоняясь лишь на несколько сантиметров на равнинной местности и не более чем на 2 метра в высоких горах.
Для изучения фигуры нашей планеты сначала определяют форму и размеры некоторой модели, поверхность которой является сравнительно хорошо изученной в геометрическом отношении и наиболее полно характеризует форму и размеры Земли. Затем, принимая эту условную фигуру за исходную, определяют относительно нее высоты точек. Для решения многих задач геодезии за модель Земли принят эллипсоид вращения (сфероид).

Направление отвесной линии и направление нормали (перпендикуляра) к поверхности эллипсоида в точках земной поверхности не совпадают и образуют угол ε , называемый уклонением отвесной линии . Данное явление связано с тем, что плотность масс в теле Земли неодинакова и отвесная линия отклоняется в сторону более плотных масс. В среднем его величина составляет 3 - 4", а в местах аномалий достигает десятков секунд. Реальный уровень моря в разных регионах Земли отклонятся более чем на 100 метров от идеального эллипсоида.

Рис. 2.3. Соотношение поверхностей геоида и земного эллипсоида.
1) мировой океан; 2) земной эллипсоид; 3) отвесные линии; 4) тело Земли; 5) геоид

Для определения размеров земного эллипсоида на суше проводились специальные градусные измерения (определялось расстояние по дуге меридиана в 1º). На протяжении полутора веков (с 1800 по 1940 гг.) были получены различные размеры земного эллипсоида (эллипсоиды Деламбера (д"Аламбера), Бесселя, Хейфорда, Кларка, Красовского и др.).
Эллипсоид Деламбера имеет только историческое значение как основа для установления метрической системы мер (на поверхности эллипсоида Деламбера расстояние в 1 метр равно одной десятимиллионной расстояния от полюса до экватора).
Эллипсоид Кларка используется в США, странах Латинской Америки, Центральной Америки и других странах. В Европе используется эллипсоид Хейфорда. Он же был рекомендован в качестве международного, однако параметры указанного эллипсоида получены по измерениям, выполненным только на территории США, и, кроме того, содержат большие ошибки.
До 1942 г. в нашей стране применялся эллипсоид Бесселя. В 1946 г. размеры земного эллипсоида Красовского были утверждены для геодезических работ на территории Советского Союза и действуют до настоящего времени на территории Украины.
Эллипсоид, который используется данным государством, либо обособленной группой государств, для производства геодезических работ и проектирования на его поверхность точек физической поверхности Земли, называют референц-эллипсоидом. Референц-эллипсоид служит вспомогательной математической поверхностью, к которой приводят результаты геодезических измерений на земной поверхности. Наиболее удачная математическая модель Земли для нашей территории в виде референц-эллипсоида была предложена проф. Ф. Н. Красовским. На этом эллипсоиде основана геодезическая система координат Пулково-1942 (СК-42), которая использовалась в Украине для создания топографических карт с 1946 по 2007 год.

Размеры земного эллипсоида по Красовскому


Малая полуось (полярный радиус)

Большая полуось (экваториальный радиус)

Средний радиус Земли, принимаемой за шар

Полярное сжатие (отношение разницы полуосей к большой полуоси)

Площадь поверхности Земли

510083058 км²

Длина меридиана

Длина экватора

Длина дуги 1° по меридиану на широте 0°

Длина дуги 1° по меридиану на широте 45°

Длина дуги 1° по меридиану на широте 90°

При вводе Пулковской системы координат и Балтийской системы высот Совет Министров СССР возложил на Генеральный Штаб вооруженных сил СССР и Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР перевычисление в единую систему координат и высот триангуляционной и нивелирной сети, выполненной до 1946 года, и обязал их закончить эту работу в 5-летний срок. Контроль за переизданием топографических карт был возложен на Генеральный Штаб вооруженных сил СССР, а морских карт на Главный Штаб военно-морских сил.
1 января 2007 года на территории Украины введена УСК-2000 - Украинская система координат взамен СК-42. Практической ценностью новой системы координат является возможность эффективного использования глобальных навигационных спутниковых систем в топографо-геодезическом производстве, которые имеют целый ряд преимуществ в сравнении с традиционными методами.
Сведений о том, что в Украине произведено перевычисление координат СК-42 в УСК-2000 и изданы новые топографические карты автор этого учебного пособия не имеет. На учебных топографических картах, изданных в 2010 году Государственным научно-производственным предприятием «Картография», в левом верхнем углу по-прежнему осталась надпись «Система координат 1942 г.».
Система координат 1963 года (СК-63) являлась производной от предыдущей государственной системы координат 1942 года и имела определенные параметры связи с ней. Для обеспечения секретности в СК-63 были искусственно искажены реальные данные. С появлением мощной вычислительной техники для высокоточного определения параметров связи между различными координатными системами эта система координат утратила свой смысл в начале 80-х годов. Следует заметить, что СК-63 была отменена решением Совета Министров СССР в марте 1989 года. Но впоследствии, учитывая большие объемы накопленных геопространственных данных и картографических материалов (включая результаты выполнения землеустроительных работ времен СССР), срок ее использования был продлен до тех пор, пока все данные не будут переведены в действующую государственную систему координат.
Для спутниковой навигации используется трёхмерная система координат WGS 84 (англ. World Geodetic System 1984). В отличие от локальных систем, является единой системой для всей планеты. WGS 84 определяет координаты относительно центра масс Земли, погрешность составляет менее 2 см. В WGS 84 нулевым меридианом считается IERS Reference Meridian. Он расположен в 5,31″ к востоку от Гринвичского меридиана. За основу взят сфероид с большим радиусом - 6 378 137 м (экваториальный) и меньшим - 6 356 752,3142 м (полярный). Отличается от геоида менее чем на 200 м.
Особенности строения фигуры Земли полностью учитываются при математической обработке высокоточных геодезических измерений и создании государственных геодезических опорных сетей. Ввиду малости сжатия (отношение разности большой, экваториальной полуоси (а ) земного эллипсоида и малой полярной полуоси (b ) к большой полуоси [a - b ]/b ) ≈ 1:300) при решении многих задач за фигуру Земли с достаточной для практических целей точностью можно принять сферу , равновеликую по объему земному эллипсоиду . Радиус такой сферы для эллипсоида Красовского R = 6371,11 км.

2.2. ОСНОВНЫЕ ЛИНИИ И ПЛОСКОСТИ ЗЕМНОГО ЭЛЛИПСОИДА

При определении положения точек на поверхности Земли и на поверхности земного эллипсоида пользуются некоторыми линиями и плоскостями.
Известно, что точки пересечения оси вращения земного эллипсоида с его поверхностью являются полюсами, один из которых называется Северным Рс , а другой - Южным Рю (рис. 2.4).


Рис. 2.4. Основные линии и плоскости земного эллипсоида

Сечения земного эллипсоида плоскостями, перпендикулярными к малой его оси, образуют след в виде окружностей, которые называются параллелями. Параллели имеют различные по величине радиусы. Чем ближе расположены параллели к центру эллипсоида, тем больше их радиусы. Параллель с наибольшим радиусом, равным большой полуоси земного эллипсоида, называется экватором . Плоскость экватора проходит через центр земного эллипсоида и делит его на две равные части: Северное и Южное полушария.
Кривизна поверхности эллипсоида является важной характеристикой. Она характеризуется радиусами кривизны меридианного сечения и сечения первого вертикала, которые называются главными сечениями
Сечения поверхности земного эллипсоида плоскостями, проходящими через его малую ось (ось вращения), образуют след в виде эллипсов, которые называются меридианными сечениями .
На рис. 2.4 прямая СО" , перпендикулярная к касательной плоскости КК" в точке ее касания С , называется нормалью к поверхности эллипсоида в этой точке. Каждая нормаль к поверхности эллипсоида всегда лежит в плоскости меридиана, а следовательно, пересекает ось вращения эллипсоида. Нормали к точкам, лежащим на одной параллели, пересекают малую ось (ось вращения) в одной и той же точке. Нормали к точкам, расположенным на разных параллелях, пересекаются с осью вращения в различных точках. Нормаль к точке, расположенной на экваторе, лежит в плоскости экватора, а нормаль в точке полюса совпадает с осью вращения эллипсоида.
Плоскость, проходящая через нормаль, называется нормальной плоскостью , а след от сечения этой плоскостью эллипсоида - нормальным сечением . Через любую точку на поверхности эллипсоида можно провести бесчисленное множество нормальных сечений. Меридиан и экватор являются частными случаями нормальных сечений в данной точке эллипсоида.
Нормальная плоскость, перпендикулярная к плоскости меридиана в данной точке С , называется плоскостью первого вертикала , а след, по которой она пересекает поверхность эллипсоида, - сечением первого вертикала (рис. 2.4).
Взаимное положение меридиана и любого нормального сечения, проходящего через точку С (рис. 2.5) на данном меридиане, определяется на поверхности эллипсоида углом А , образованным меридианом данной точки С и нормальным сечением.


Рис. 2.5. Нормальное сечение

Этот угол называется геодезическим азимутом нормального сечения. Он отсчитывается от северного направления меридиана по ходу часовой стрелки от 0 до 360°.
Если принять Землю за шар, то нормаль к любой точке поверхности шара пройдет через центр шара, а любая нормальная плоскость образует на поверхности шара след в виде окружности, которая называется большим кругом.

2.3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИГУРЫ И РАЗМЕРОВ ЗЕМЛИ

При определении фигуры и размеров Земли использовались следующие методы:

Астрономо - геодезический метод

Определение фигуры и размеров Земли основано на использовании градусных измерений, суть которых сводится к определению линейной величины одного градуса дуги меридиана и параллели на разных широтах. Однако непосредственные линейные измерения значительной протяженности на земной поверхности затруднены, ее неровности существенно снижают точность работ.
Метод триангуляции. Высокая точность измерения значительных по протяженности расстояний обеспечивается применением метода триангуляции, разработанного в XVII в. голландским ученым В. Снеллиусом (1580 - 1626).
Триангуляционные работы для определения дуг меридианов и параллелей проводились учеными разных стран. Еще в XVIII в. было установлено, что один градус дуги меридиана у полюса длиннее, чем у экватора. Такие параметры характерны для эллипсоида, сжатого у полюсов. Этим подтверждалась гипотеза И. Ньютона о том, что Земля в соответствии с законами гидродинамики должна иметь форму эллипсоида вращения, сплюснутого у полюсов.

Геофизический (гравиметрический ) метод

Он основан на измерении величин, характеризующих земное поле силы тяжести, и их распределении на поверхности Земли. Преимущество этого метода в том, что его можно применять на акваториях морей и океанов, т. е. там, где возможности астрономо-геодезического способа ограничены. Данные измерений потенциала силы тяжести, выполненные на поверхности планеты, позволяют вычислить сжатие Земли с большей точностью, чем астрономо-геодезическим методом.
Начало гравиметрическим наблюдениям было положено в 1743 г. французским ученым А. Клеро (1713 - 1765). Он предположил, что поверхность Земли имеет вид сфероида, т. е. фигуры, которую приняла бы Земля, находясь в состоянии гидростатического равновесия под влиянием только сил взаимного тяготения ее частиц и центробежной силы вращения около неизменной оси. А. Клеро предположил также, что тело Земли состоит из сфероидальных слоев с общим центром, плотность которых возрастает к центру.


Космический метод

Развитие космического метода и изучения Земли связано с освоением космического пространства, которое началось с момента запуска советского искусственного спутника Земли (ИСЗ) в октябре 1957 г. Перед геодезией были поставлены новые задачи, связанные с бурным развитием космонавтики. В их числе - наблюдение за ИСЗ на орбите и определение их пространственных координат в заданный момент времени. Выявленные отклонения реальных орбит ИСЗ от предвычисленных, вызванные неравномерным распределением масс в земной коре, позволяют уточнить представление о гравитационном поле Земли и в конечном результате о ее фигуре.

Вопросы и задания для самоконтроля

    Для каких целей используются данные о форме и размерах Земли?

    По каким признакам в древности определили, что Земля имеет шарообразную форму?

    Какую фигуру называют геоидом?

    Какую фигуру называют эллипсоидом?

    Какую фигуру называют референц-эллипсоидом?

    Каковы элементы и размеры эллипсоида Красовского?

    Назовите основные линии и плоскости земного эллипсоида.

    Какие методы используются для определения фигуры и размеров Земли?

    Дайте краткую характеристику каждому методу.

Вряд ли нужно много писать о форме Земли. Всем ясно, что Земля представляет собой шар, слегка сплюснутый у полюсов, т. е. так называемый эллипсоид. Однако правильное, современное представление о форме и размерах Земли было достигнуто далеко не сразу и достигалось порою в тяжелой борьбе науки с религией.

Греческий поэт Гомер (IX–VIII в. до н. э.) изображал Землю в виде круга, схваченного со всех сторон рекой Океаном, «которая катит свои могучие воды по ободу богатого щита»; такое изображение Земли было выгравировано, якобы, на щите мифического героя Ахиллеса. Философ Фалес (VI в. до н. э.) полагал, что Земля - шар, а его ученик Анаксимандр изображал Землю в виде цилиндра. Другие философы и ученые Древней Греции представляли Землю то в виде куба, то в виде лодки и т. д.; ученики Ксенофонта и Анаксимена считали, что Земля - очень высокая гора. Греческая мифология содержит легенду о том, как Зевс, желая определить размеры Земли, выпустил одновременно двух орлов, одного на запад, другого на восток: они встретились в городе Дельфах; это называлось «обнаружение Земли путем слета двух орлов».

На протяжении ряда веков, через дебри схоластики и религии средневековья, пробивала себе путь истина.

Еще совсем недавно, в 1862 г., немецкий ученый П. Иоселиани, определяя «глубину толстоты земного шара», получил 4536,8 км , что в 1 1 / 2 раза меньше действительной величины. Трудно поверить, но еще в 1876 г. в Петербурге была издана брошюра под названием: «Земля неподвижна, популярная лекция, доказывающая, что земной шар не вращается ни около оси, ни около Солнца. Читана в Берлине, доктором Шепфером. Перевод с немецкого Н. Соловьева. Издание 2-е, исправленное». Мы не будем останавливаться на подобных заблуждениях, и не будем касаться истории вопроса. Рассмотрим сведения, более существенные для нас в данном случае.

В 1841 г. немецкий астроном Ф. Бессель, используя градусные измерения, вычислил радиус Земли и ее сжатие у полюсов, т. е. получил цифры, характеризующие основные элементы земного эллипсоида. Результат был настолько точным, что эти цифры использовались при различных геодезических исследованиях, в картографии и т. п. в течение 100 лет.

Однако за последние десятилетия накопился огромный материал; появилась возможность уточнить прежние данные о форме и размерах Земли. К тридцатым годам была выполнена работа по пересмотру всех новых данных, и в 1936 г. советский ученый Ф. Н. Красовский опубликовал новые цифры, характеризующие размеры земного эллипсоида еще точнее.

Эллипсоид Ф. Н. Красовского имеет следующие размеры (рис. 3): большая полуось, т. е. расстояние от центра Земли до экватора, равна 6 378 254 метрам; малая полуось, т. е расстояние от центра Земли до одного из полюсов равна 6 356 863 метрам. Таким образом полярный радиус (от центра к полюсу) короче экваториального радиуса (от центра к экватору) приблизительно на 21 км . Отсюда следует, что Земля действительно эллипсоид вращения, т. е. шар, сплюснутый, хотя и очень незначительно, у полюсов. Величина сжатия, вызванного вращением Земли вокруг своей оси, равна 1: 298,3. На школьном глобусе разница в длине экваториального и полярного диаметров равна всего лишь 0,5 мм , т. е. практически незаметна.

Итак, в первом, и достаточно хорошем, приближении Земля должна быть принята за эллипсоид вращения, элементы которого опубликованы в 1936 г. и которые приняты в Советском Союзе в качестве официальных, т. е. обязательных для использования во всех специальных работах.

Рис. 3. Земля - эллипсоид вращения;

а - большая полуось; с - малая полуось.


Однако геодезисты нередко нуждаются в измерениях еще большей точности, и тогда для изображения формы Земли они пользуются не эллипсоидом, а другой фигурой, так называемым геоидом. Геоид несколько ближе к истинной фигуре Земли, со всеми ее возвышенностями и впадинами, чем эллипсоид, и представляет фигуру, весьма сложную по виду. Наконец, теперь выяснено, что и экватор Земли не является окружностью; скорее это эллипс, т. е. окружность, слегка сжатая. Приходится считать также, что северное и южное полушария, как показал русский ученый А. А. Иванов, не вполне симметричны относительно плоскости экватора.

В заключение приведем некоторые цифры, характеризующие размеры земного шара:

Экваториальный диаметр = 12 756,5 километра

Полярный диаметр = 12 713,7 километра

Длина окружности меридиана = 40 008,6 километра

Длина окружности экватора = 40 075,7 километра

Поверхность Земли = 510 миллионам квадратных километров

Объем Земли = 1080 миллиардам кубических километров

Как и все планеты Солнечной системы, Земля имеет шарообразную форму. Прежде чем говорить о ее точных размерах, введем несколько важных географических понятий.

Земля вращается вокруг воображаемой прямой - так называемой земной оси . Точки пересечения земной оси с земной поверхностью называются полюсами . Их два: Северный и Южный. Линия пересечения поверхности земного шара плоскостью, проходящей через центр Земли перпендикулярно земной оси, называется экватором . Плоскости, пересекающие земную поверхность параллельно плоскости экватора, образуют параллели , а плоскости, проходящие через два полюса, - меридианы .

Из-за вращения вокруг своей оси и возникающей при этом центробежной силы, Земля немного сплюснута у полюсов и ее большая полуось (экваториальный радиус, r c) почти на 21,4 км больше, чем расстояние от центра Земли до полюсов. Такой сплюснутый у полюсов шар называется сфероидом или эллипсоидом вращения .

В России для геодезических и картографических работ используют эллипсоид Ф. Н. Красовского (назван в честь ученого, под руководством которого велись расчеты). Его размеры таковы:

  • экваториальный радиус - 6378,2 км,
  • полярный радиус - 6356,8,
  • длина меридиана - 40008,5 км,
  • длина экватора - 40075,7 км,
  • площадь поверхности Земли - 510 млн. км 2 .

В действительности фигура Земли еще сложнее. Она отклоняется от правильной формы сфероида из-за неоднородного строения недр и неравномерного распределения массы. Истинная геометрическая фигура Земли называется геоидом ("землеподобным"). Геоид - это фигура, поверхность которой всюду перпендикулярна направлению силы тяжести, т.е. отвесу.

Поверхность геоида совпадает с уровенной поверхностью Мирового океана (мысленно продолженной под материками и островами). Поднятия и опускания геоида над сфероидом составляют 500-100 м.

Физическая же поверхность Земли, осложненная горами и впадинами не совпадает и с поверхностью геоида, отступая от него на несколько километров. Сила тяжести постоянно стремится выровнять поверхность Земли, привести ее в соответствие с поверхностью геоида.

Представление человека о строении планеты, о и солнце формировалось на протяжении возникновения и смены цивилизаций. До современников дошли труды египетских ученых и более ранние факты, свидетельствующие о том, что люди пытались выяснить, на какой планете живут.

Древние вопросы

Какую форму имеет Земля, ее размеры и расстояние до других объектов ?

Сейчас многие факты, которые ранее были недоступны, известны в мельчайших подробностях. Освоив космическое пространство, человечество знает, как выглядит в целом.

Самым интересным и спорным до некоторого времени вопросом, была форма и размеры Земли . Во времена Античности и Средневековья за предположения о шарообразной форме ученые изгонялись и даже подвергались казни. Сейчас этим фактом не удивить даже маленького ребенка.

Современные исследования

Форма планеты досконально была изучена лишь в середине 20 века, когда спутники из космоса смогли прислать снимки с красотами планеты. Кроме того, что она имеет голубой вид сверху, стало понятно, что она не идеальной сферической формы. Какие же изменения произошли после этого в определении понятий форма и размеры Земли?

Планета с полюсов немного сплюснута. Ее форму определяют с точностью астрофизики и математики, геодезисты и космонавты. Эти данные нужны для точности расчетов, но обычным обывателям достаточно знать, что наша планета — это шар.

Физические фигуры

Физики выделяют две фигуры похожие на форму планеты, это геоид и эллипсоид. Геоид, так называется форма Земли в общепринятом варианте, а вот эллипсоид служит идеальным показателем в математических формулах для описания планеты. Вращение, описанное с помощью эллипсоида, получается правильным, что с геодиом составляет огромные сложности.

Чтобы разобраться, почему же не получается идеальной формы шара, нужно знать физические законы. Один из них показывает, что при вращении планеты вокруг себя, возникает центробежная сила в районе экватора. Полюса такой силы не имеют, поэтому и образуется разница.

Внимание! В Индии люди предполагали, что они живут на плоскости, которую держат четыре слона, а под ними черепаха, плавающая в море. Уже тогда было представление о четырех концах света, которые и символизировали слоны.

Площадь планеты

Кроме формы, ученые сумели подсчитать общую площадь поверхности Земли. По официальным данным она составляет 510,072 млн. квадратных километров. Кажется, что это большая цифра, но большую часть (почти 70%) приходится на покрытые водой поверхности, этот объем составляют , моря и реки. На сушу остается немногим больше 30%. В Квадратных километрах это 148,940 млн. Если разделить площадь поверхности, то есть ее и острова, на примерное количество человек, живущее на планете, то каждый из них получит по 0,02 км суши. Это уже совсем небольшая цифра. А еще стоит отметить, что в эти части суши входят и горные массивы и пустыни.

Площадь земли составляет 510,072 млн. кв. км.

Внимание! В древности люди имели смутное представление, какую форму имеет Земля, но у них была богатая фантазия. Так, в Вавилоне жители были уверены, что они живут на части большой горы, а сверху – твердый купол – небо.

Первооткрыватель известных фактов

Что планета круглая не остается сомнений, но кто/доказал это утверждение раньше всех? Первым определил размеры Земли математик из Древней Греции по имени Эратосфен из города Сиена. Ученый долго наблюдал за Солнцем, и обратил внимание на тот факт, что если в одной части планеты (в Сиене) солнце в зените, то в другой ее части (в Александрии) оно отклоняется на определенный угол. Астрономическими инструментами, которыми располагал Эратосфен в 3 веке нашей эры, помогли ему зафиксировать угол в день летнего солнцестояния. Свои замеры ученый проводил на протяжении нескольких лет. Эратосфен произвел необходимые вычисления, основываясь на предположении, что эти два города лежат на одном меридиане, получил окружность земного шара, в переводе на километры современной величины равна 6278. Эта цифра очень близка к истинному значению, с ее помощью можно узнать расстояние до центра Земли, учитывая, что ученый не мог точно измерить расстояние между городами, в его времени это осуществлялось по скорости каравана верблюдов. Его расчеты оказались чуть менее точными, потому что в реальности радиус окружности Земли составляет 6371 километр или, отвечая на вопрос, какой диаметр, он равен 12 743 км.

Последователи ученого

Кроме Эратосфена, и другие ученые в разные времена пытались сделать свое открытие и уточнить окружность планеты, тем самым определить расстояние до центра Земли. Одним из таких деятелей был голландец Сибелиус. В его руках был более современный для того времени прибор – теодолит. Произошло это в 17 веке. Еще до Сибелиуса, в 9 веке ученые пытались определить размер земного шара по градусам. Но такие измерения были трудоемкими и почти невыполнимыми, так как сталкивались с проблемами горных вершин, рек, озер и селений. То есть, по пересеченной местности выполнить линейные измерения в точности не представлялось возможным. Лишь в 17 веке, с изобретением метода триангуляции эта проблема была решена.

Способ строится на построении треугольников и измерении базиса каждого из них.

Важно! В 19 веке и русские ученые приняли участие в измерение земного шара. Исследования проходили в Пулковской лаборатории под чутким руководством В. Я. Струве.

Радиус планеты

В 17 веке многие ученые вели дискуссии на тему разницы земного притяжения в разных точках планеты. Вскоре проявилось достаточно фактов, что действительно притяжение ближе к северному полюсу снижается. Причиной этому могло стать лишь сжатие полюсов. Сейчас точно известно, что расстояние до центра Земли короче всего именно у полюсов. Подтвердить эту гипотезу отправились две экспедиции. Одна должна была подсчитать полярный радиус, другая – экваториальный. Происходили эти события в 1735-36 годах. Тогда же было доказано, что радиус полюсов длиннее, чем экваториальный. Позже исследования в этой области продолжались и сейчас известна точная цифра расхождения между двумя радиусами, это /длина/ равна 21,4 км.

Точные значения окружности и радиусы земного шара:

  • По экватору окружность земного шара – 40 075,7 км;
  • По меридиану – 40 008,55 км;
  • Радиус большой полуоси – 6 378,2 км;
  • Радиус малой полуоси – 6 356,8 км;
  • Средний диаметр – 12 743,2 км;
  • Расстояние до центра Земли- 6371,3 км.

Внимание! О том, что форма планеты не позволяет ей на чем-то стоять, люди задумались уже к 7 веку до нашей эры. Тогда они заметили, что солнце постоянно исчезает и появляется, а к этому светилу относились с большим почтением, если не боялись его.

Предел точности

Параметры планеты не зафиксированы окончательно. С каждым годом ученые проводят все новые методы и способы исследования окружности, площади и прочих параметров. Оказывается, что используя самые передовые технологии можно получать разные данные. Например, диаметр окружности у Земли, посчитанный в 2000-м году отличается на 5 мм от тех данных, что получили в 2007 году. Это не говорит о непрофессионализме ученых или о сжатии Земли, скорее всего, наука идет по пути прогресса, и вводятся более точные приборы для измерения, так что ширина, как и другие параметры, может варьироваться со временем.

Современные лаборатории используют следующие методы в своих исследованиях:

  • Радиоволны. Их значение измеряют несколько десятков радиотелескопов по всему миру.
  • Измерение расстояние лазером от спутника в космосе до поверхности планеты.
  • GPS – программы.

Центр планеты

Еще один не менее любопытный момент, так это расстояние до центра планеты. Эта цифра также известна достаточно точно – 6371,3 км. Многие помнят, что в основе планеты есть ядро. Расстояние до него еще меньше, примерно 2900 км. Преодолеть расстояние до центра Земли не под силу ни одному человеку. Температура ядра очень высока, эта цифра доходит до 5000 градусов.

Внимание! Внутри планеты огромное давление, поэтому, даже предположив, что кто-то из живущих преодолеет расстояние до центра, его там разорвет на частицы.

Форма, размеры и движение Земли | География 6 класс #4 | Инфоурок

1.2 Форма и размеры Земли