ТАК ПРАВДА ЛИ, ЧТО ЗЕМЛЯ КРУГЛАЯ? В сети идут жаркие дебаты по поводу истинной формы нашей планеты - пост # 312620

 

Сообщение от: 2016-02-13 13:00:23

ТАК ПРАВДА ЛИ, ЧТО ЗЕМЛЯ КРУГЛАЯ? В сети идут жаркие дебаты по поводу истинной формы нашей планеты Эта графика гуляющая по Интернету(см. видео), конечно, многих сбила с толку. Неужели действительно, если «слить» воду из океанов, наша Земля выглядит таким уродливым огрызком? Попробуем разобраться. О том, что Земля имеет форму шара первыми заговорили еще древние греки. Ученый Эратосфен в третьем веке до нашей эры подсчитал, что радиус планеты должен равняться 6287 километрам. Удивительно, что он ошибся всего на 84 км (наша колыбель оказалась чуть-чуть побольше)! Однако уже в середине XVII века ученые стали сомневаться, в том, что Земля имеет форму правильного шара. На эту мысль их натолкнул удивительный случай, который произошел с французским астрономом Жаном Рише. В 1672 году он отправился из Парижа в Кайенну - столицу Французской Гвианы (это заморский департамент Франции на северо-востоке Южной Америки). Цель поездки - наблюдать за Марсом. Рише взял с собой астрономические часы с секундным маятником. Но в Южной Америке начались чудеса: точнейший прибор стал ежедневно отставать на 2 минуты 28 секунд. Чтобы добиться правильного хода Жану пришлось укоротить маятник на 3 мм. Однако по возвращению в Париж часы начали... спешить! Ученые терялись в догадках, пока правильное решение не предложил хорошо знакомый нам англичанин Исаак Ньютон. Он математически рассчитал, что такие погрешности в измерении времени могли произойти только в том случае, если Земля является не шаром, а приплюснутым у полюсов эллипсоидом. Позднее правота Ньютона была доказана: оказалось, что полярный радиус Земли на 21,3 км короче экваториального и составляет 6356,8 километров. Но насколько это заметно отражается на форме Земли? Может ли наша планеты из-за таких неровностей выглядеть как огромная космическая картошка? Давайте возьмем самые заметные точки земного рельефа - гору Эверест (высота 8,8 км) и Марианскую впадину (глубина 11 км). Как они будут выглядеть на фоне Земли, лишенной океана? Посчитаем: диаметр нашей планеты 12 тысяч 742 км. Уменьшаем для наглядности в 1000 раз - получаем шар диаметром 12,7 км. Но это если ехать по "центру" этой "Земли"! А длина ее окружности составит намного больше - 40 км. На этом шаре Эверест будет выглядеть большой детской «песочницей» высотой в 9 метров. Невооруженным взглядом эту соринку не разглядеть. То же и с Марианской впадиной - она будет смотреться царапиной глубиной в 11 метров. А что говорят космонавты? МКС вращается вокруг Земли на высоте 400 километров. С этой низкой орбиты нашу планету целиком не видно - для этого надо отлететь подальше. Но разглядывая поверхность тела нашей «старушки» с близкого расстояния космонавты не заметили, чтобы она нуждается в «подтяжке». Это один из первых снимков Земли из космоса, он сделан американской лунной миссией "Аполлон". Изъянов на Земле не обнаружено. Первое фото Земли (фото 2) общим планом было сделано американцами во время лунной миссии «Аполлонов». Но и на нем эффекта «яблочного огрызка» в помине нет. Ну, а самым ярким примером является Марс. Ведь в ходе работы ровера «Кьюриосити» ученые убедились, что миллионы лет назад поверхность Красной планеты была покрыта океаном. Потом вода исчезла. Однако Марс совершенно не похож на выкопанную картошку. На Марсе (фото 3) уже нет океанов, которые бы маскировали дефекты поверхности. На фото видны "царапины", но в целом форма идеально круглая. Выходит, эта взбудоражившая умы графика фейк? Тоже нет. Дело в том, что там показаны гравитационные аномалии Земли. Гравитационные силы в разных местах планеты заметно отклоняются от среднего значения. Это происходит, потому что плотность земной коры неоднородна, а форма Земли не является идеальной сферой. В расчеты вмешивается еще и центробежная сила, возникающая в результате вращения Земли. Например, на экваторе все предметы становятся легче. Именно поэтому космодромы стараются построить ближе к этой линии. Расчет простой: космический корабль «Протон» весит около 700 тонн. Но на экваторе он тянет на 4,3 тонны меньше. Значит можно вывести на орбиту на 4,3 тонны полезной нагрузки больше! Учитывая, что доставка 1 килограмма груза на МКС обходится в 12 тысяч долларов, несложно подсчитать, что знание различных нюансов гравитации может принести выгоду в 51 миллион 600 тысяч долларов. И это только с одного космического запуска. Какова фигура у нашей планеты?  Знание фигуры и размеров Земли необходимо во многих областях и прежде всего для определения положения объектов на земной поверхности и правильного её изображения в виде карт, планов и цифровых моделей местности. Земная поверхность представляет собой ряд неровностей: горы, лощины, овраги, равнины, долины, плато и прочие очертания суши чередуются с водным пространством океанов, морей, рек, озер и других водоемов. Площадь поверхности океанов и морей во много раз больше площади суши. Из 510 млн. кв. км всей поверхности нашей планеты 361 млн. кв. км (71 %) занимают водоемы, и лишь 149 млн. кв. км (29 %) - суша. Подводная поверхность включает в себя систему срединно-океанических хребтов, подводные вулканы, океанические желоба, подводные каньоны, океанические плато и абиссальные равнины. Надводная часть земной поверхности также характеризуется многообразием форм - горы, овраги, возвышенности, низменности и т. д. С течением времени поверхность Земли из-за тектонических процессов и эрозии постоянно изменяется. Если представить карту земной поверхности в целом, то отдельные неровности - горы, овраги, лощины и т. д. в сравнении с рельефом всей земной поверхности будут настолько незначительными, что общий вид Земли представится в виде формы, близкой к форме шара, радиус которого - около 6370 км. Последние исследования формы земной поверхности показали, что она уклоняется от правильной геометрической формы сфероида и в реальности имеет форму неправильной объемной фигуры, отдаленно напоминающей грушу, и получившей название "геоид", от греческого "гео" - Земля. Термин "геоид" для обозначения реальной формы Земли предложил в 1873 году немецкий физик Иоганн Листинг. Теоретически поверхность геоида совпадает с поверхностью морей и океанов в их спокойном состоянии, и мысленно продолжается под (или над) сушей. Эта поверхность принимается за математическую поверхность Земли, или, как ее называют в обиходе, "уровень моря", от которого отсчитывают высоты точек суши (так называемые ортометрические высоты). Реальная форма геоида весьма сложна и зависит от распределения масс и плотностей в теле Земли. Точно установить положение поверхности геоида на суше очень сложно, поскольку измерения силы тяжести выполняются на физической поверхности Земли, а затем довольно сложными приемами редуцируются на математическую поверхность (геоид) с некоторой долей погрешности. Для упрощения расчетов поверхности геоида и получения более точных результатов моделирования, математики применяли и применяют различные приемы (поверхность квазигеоида Молоденского, модель геоида EGM96, использующая сферические функции - гармоники и т. д.). Все эти математические приемы достаточно сложны. В последние годы заметный прогресс в получении реальной модели земной поверхности позволило получить развитие спутниковой системы измерений. В настоящее время наиболее широкое использование получил геоцентрический эллипсоид WGS84 (World Goodetic System 1984). Он служит основой для измерения местоположений во всем мире. Система спутниковой навигации GPS сообщает координаты в системе эллипсоида WGS84 (World Goodetic System 1984). Общеземной эллипсоид ориентируется в теле Земли согласно следующим условиям (определяемыми международными геодезическими организациями, которые организуются и направляются Международной ассоциацией геодезии, действующей по инициативе и в рамках Международного геодезического и геофизического союза): Малая полуось должна совпадать с осью вращения Земли. Центр эллипсоида должен совпадать с центром масс Земли. Сумма квадратов отступлений геоида от общеземного эллипсоида должна быть по всей Земле наименьшей из всех возможных. Тем не менее, некоторые погрешности и отступления от реальной поверхности имеются при любых, применяемых в настоящее время, расчетах и измерениях. Для геодезических работ рекомендуется использовать средний эллипсоид GRS80 (Geodetic Reference System 1980), принятый Генеральной Ассамблеей Международной ассоциацией геодезии в 1979 г. Фигура геоида связана с направлением силы тяжести и, следовательно, существенно зависит от неравномерного распределения масс в земной коре. Поэтому поверхность геоида имеет неправильную, в геометрическом отношении весьма сложную фигуру с неравномерно изменяющейся кривизной. Однако исследованиями установлено, что поверхность геоида в общем близка к поверхности эллипсоида вращения с небольшим сжатием по направлению малой (полярной) оси. Иногда такой эллипсоид называют сфероидом. В геодезии для обозначения формы земной поверхности часто используют термин "фигура Земли".  Математическая поверхность Земли Рассмотрим любое тело в виде материальной точки А на физической поверхности Земли (рис. 1). На точку А оказывают влияние две силы: сила притяжения Fп, направленная к центру Земли, и центробежная сила вращения Земли вокруг своей оси Fц, направленная от оси вращения по перпендикуляру. Равнодействующая этих сил называется силой тяжести Fт. В любой точке земной поверхности направление силы тяжести, называемое ещё вертикальной или отвесной линией, можно легко и просто определить с помощью уровня или отвеса. Оно играет очень большую роль в геодезии. По направлению силы тяжести ориентируется одна из осей пространственной системы координат. Если через точку А построить замкнутую поверхность, которая в каждой своей точке будет перпендикулярна отвесной линии (направлению силы тяжести), то данную поверхность можно принять в качестве математической при решении некоторых частных задач в геодезии. Такая поверхность получила название уровенной или горизонтальной. Её недостаток в том, что она содержит элемент неопределенности, т. е. через любую точку можно провести свою уровенную поверхность, и таких поверхностей будет бесчисленное множество. Для устранения этой неопределенности при решении общих геодезических задач принимается так называемая общая математическая поверхность, т. е. уровенная поверхность, которая в каждой своей точке совпадает со средним уровнем морей и океанов в момент полного равновесия всей массы воды под влиянием силы тяжести. Такая поверхность носит название общей фигуры Земли или поверхности геоида. Геоид - выпуклая замкнутая поверхность, совпадающая с поверхностью воды в морях и океанах в спокойном состоянии и перпендикулярная к направлению силы тяжести в любой её точке (см. рис.1). Из-за неравномерного распределения масс внутри Земли геоид не имеет правильной геометрической формы, и в математическом отношении его поверхность характеризуется слишком большой сложностью. Поэтому там, где это допустимо, поверхность геоида заменяется приближенными математическими моделями, в качестве которых принимается в одних случаях земной сфероид, в других - земной шар, а при топографическом изучении незначительных по размеру территорий - горизонтальная плоскость, т. е. плоскость, перпендикулярная к вертикальной линии в данной точке. Земной сфероид - эллипсоид вращения, который получается вращением эллипса вокруг его малой оси b (см. рис.1), совпадающей с осью вращения Земли, причем центр эллипсоида совмещается с центром Земли. Размеры эллипсоида подбирают при условии наилучшего совпадения поверхности эллипсоида и геоида в целом (общеземной эллипсоид) или отдельных его частей (референц-эллипсоид). Фигура референц-эллипсоида наилучшим образом подходит для территории отдельной страны или нескольких стран. Как правило, референц-эллипсоиды принимают для обработки геодезических измерений законодательно. Размеры земного эллипсоида в разное время определялись многими учеными по материалам градусных измерений. В США, Канаде, Мексике, Франции при создании карт пользуются размерами эллипсоида Кларка, в Финляндии и некоторых других странах - размерами эллипсоида Хейфорда, в Австрии - размерами эллипсоида Бесселя . Наиболее удачная математическая модель Земли в виде референц-эллипсоида была предложена проф. Ф. Н. Красовским с большой полуосью a = 6378245 м, малой - b = 6356863 м и коэффициентом сжатия у полюсов α = (a-b)/a = 1/298.3 ~ 1/300. Постановлением Совета Министров СССР № 760 от 7 апреля 1946 года эллипсоид Красовского принят для территории нашей страны в качестве математической поверхности Земли. В инженерной геодезии для практических расчетов за математическую поверхность Земли принимают шар со средним радиусом R = 6371.11 км. Объем шара равен объему земного эллипсоида. Если на поверхности такого эллипсоида выделить фигуру в виде треугольника со сторонами примерно 25 км каждая, то окажется, что все линии в пределах поверхности этого треугольника, проложенные по поверхности эллипсоида, будут различаться по длине всего на 20 мм от длины прямых линий, соединяющих одноименные точки. Такая разница для многих вычислений и измерений является настолько незначительной, что ей можно пренебречь и считать данные линии спроектированными не на сферическую поверхность, а на плоскость. Этим приемом пользуются при составлении планов и крупномасштабных карт. Таким образом, участок сферической поверхности Земли в пределах треугольника со сторонами в 25 км (площадью до 320 кв. км) можно принять за плоскость. При геодезических измерениях, не требующих повышенной точности, за плоскость условно принимается и окружность на поверхности Земли радиусом до 10 км. Физическая поверхность Земли При топографическом изучении физической поверхности Земли надводная и подводная части рассматриваются отдельно. Надводная часть (суша) - местность (территория) является предметом изучения топографии. Подводную часть - акваторию (поверхность, покрытую водами морей и океанов) изучает океанография. В свою очередь местность разделяют на ситуацию и рельеф. Ситуацией называют совокупность постоянных предметов местности: рек, озер, растительного покрова, дорожной сети, населенных мест, сооружений и т. п. Границы между отдельными объектами ситуации называются контурами местности. Рельефом (от лат. "relevo" - поднимаю) называют совокупность неровностей суши, дна океанов и морей, разнообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития. Рельеф как совокупность неровностей физической поверхности Земли рассматривается по отношению к её уровенной поверхности. Рельеф слагается из положительных (выпуклых) и отрицательных (вогнутых) форм и образуется главным образом в результате длительного одновременного воздействия на земную поверхность эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов. Рельеф изучает раздел геодезии - геоморфология.


Документ: ЗЕМЛЯ КРУГЛАЯ1.gif