Форма Земли

С 3 века до н. э., когда греческий математик Эратосфен произвел свои измерения, на протяжении девятнадцати столетий считалось, что форма Земли – это шар. Лишь в 17 веке выяснилось, что сила тяжести в Кайенне во Французской Гвиане отлична от силы тяжести в Париже. И тогда-то Ньютон высказал предположение, что форма Земли не совершенный шар, а тело, сплюснутое у полюсов. Он предложил следующий мысленный эксперимент. Нужно прокопать две шахты: от полюса до центра Земли и от экватора до центра Земли. Эти шахты заливаются водой. Если Земля имеет форму шара, то глубина шахт одинакова. Но на воду в экваториальной шахте действует центробежная сила, в то время как на воду в полярной шахте — нет. Поэтому для равновесия воды в обеих шахтах необходимо, чтобы экваториальная шахта была длиннее. Дальнейшее развитие теории фигуры Земли пошло благодаря работам Гюйгенса, Кассини, Клеро, МакЛорена, д'Аламбера, Лагранжа, Лапласа, Лежандра, Якоби, Дирихле, Пуанкаре и др. В течение следующих 300 лет систематическими геофизическими измерениями было установлено – каждый из полюсов на 21 км 470 м ближе к центру Земли, чем экватор.

На протяжении девятнадцати столетий считалось, что форма Земли – это шар

Искусственные спутники Земли открыли новую эру в геодезии. Анализ орбиты уже второго искусственного спутника показал, что форма Земли (приплюснутость) у полюсов была раньше переоценена: экваториальный диаметр оказался больше полярного на 42 км 770 м, а не на 42 км 940 м, как думали раньше. Спутниковая геодезия принесла немало неожиданных и удивительных открытий, из которых самое сенсационное – грушевидность Земли. Южный полюс оказался ближе к центру, чем Северный, на 44 м 70 см. Южный полюс при этом располагается на 25 м 80 см ниже поверхности приплюснутой сферы. Северный полюс выступает наподобие черенка груши на 18 м 90 см. Оговоримся: описанная форма Земли, строго говоря, геометрический вид не Земли, а поверхности Мирового океана. Грушевидность Земли непосредственно сказывается только на поверхности воды. Поэтому наибольшее значение грушевидная форма Земли может иметь для навигации, а наибольшее теоретическое значение в космологии.

В геодезии и космонавтике форма Земли обычно описывается эллипсоидом вращения или геоидом. С геоидом связана система астрономических координат, с эллипсоидом вращения — система геодезических координат. По определению, геоид - это поверхность, всюду нормальная силе тяжести. Если бы Земля была целиком покрыта океаном и не подвергалась приливному воздействию других небесных тел и прочим подобным возмущениям, она имела бы форму геоида. В действительности в различных местах поверхность Земли может значительно отличаться от геоида. Для лучшей аппроксимации поверхности вводят понятие референц-эллипсоида, который хорошо совпадает с геоидом только на каком-то участке поверхности. Геометрические параметры референц-эллипсоидов отличаются от параметров среднего земного эллипсоида, который описывает земную поверхность в целом. На практике используется несколько различных средних земных эллипсоидов и связанных с ними систем земных координат.

Инструменты