Фігура Землі

Встановлення геометричної фігури Землі, в принциповому плані, здавалось би не становить значної проблеми. Для цього достатньо за даними вимірювань визначити в певній системі координати точок земної поверхні та побудувати відповідну геометричну поверхню.

Класично, координати точок отримують із астрономо-геодезичних вимірювань. Як відомо, при цих вимірюваннях вісь геодезичного (чи астрономічного) приладу орієнтують відносно прямовисної лінії. Але оскільки величина і напрям сили ваги в кожній точці пов'язані з обертанням Землі навколо своєї осі та розподілом мас в тілі Землі, мають досить складний характер, то встановлення форми Землі стає неможливим без вивчення поля земного тяжіння, тобто гравітаційного поля Землі.

Проблема вивчення фігури Землі відноситься до числа найдавніших наукових проблем, поставлених людством ще на ранньому ступеню свого культурного розвитку. Протягом багатовікової історії вона була і до цих пір залишається однією із найважливіших наукових проблем природознавства і, перш за все, астрономії та геодезії. Вивчення форми та розмірів Землі, а також її положення і руху в світовому просторі в значному плані сприяли науковому світопізнанню.

Початком вивчення фігури Землі щодо її форми та розмірів було наукове обгрунтування погляду про її кулеподібність. Імена Піфагора, Арістотеля, Архімеда, Ератосфена та інших учених і філософів стародавньої Греції і Єгипту навічно залишились в пам'яті людства, як першопрохідців вчення про фігуру Землі. Вже перші практичні визначення розмірів Землі базувалися на принципово правильному геометричному методі, розробленому стародавніми математиками та астрономами, що полягав у вимірюванні деякої дуги меридіана та визначенні відповідного їй центрального кута, тобто різниці широт кінцевих точок цієї дуги. За цими вимірюваннями визначалася довжина дуги меридіана в один градус або довжина всього кола земної кулі. Звідси виник принцип вимірювання довжини дуги градуса меридіана або принцип градусного вимірювання, на якому були засновані всі подальші методи дослідження фігури Землі щодо її виду та розмірів.

В перших і подальших визначеннях розмірів Землі найбільш слабким місцем досліджень було вимірювання лінійної довжини дуги меридіана. Тодішня техніка вимірювання дозволяла вимірювати тільки короткі дуги меридіана, що в свою чергу при навіть незначних похибках у визначенні відповідного цій дузі центрального кута викликало значну похибку в довжині градуса меридіана та величині, земного радіуса. З застосуванням методу тріангуляції з'явилась принципова можливість визначати дуги меридіанів та паралелей будь-якої довжини з високою точністю.

Градусні вимірювання Пікара (1670 р.) остаточно закріпили перше правильне і науково обгрунтоване представлення про кулеподібність Землі. В той же час в областях фізики, механіки, астрономії нагромадились нові факти, які вимагали узагальнення. Наукове пояснення цих фактів привело до обгрунтування нового вчення про фігуру Землі – її еліпсоїдальність.

Теоретично встановив сплюснутість фігури Землі в напрямі її полюсів Ньютон (1687 р.). Він, на основі закону всесвітнього тяжіння, прийшов до висновку, що фігура планети при не дуже швидкому обертанні повинна прийняти форму сфероїда або в простішому випадку еліпсоїда обертання з незначним стисненням. Величина цього стиснення, за розрахунками Ньютона при умові, що Земля складається із однорідної (ідеальної) рідини, склала 1:230. Разом з тим він розглядав і зміну форми фігури планети в залежності від зміни її розмірів, густини маси та швидкості обертання навколо своєї осі. Тим самим ним, було вказано, що дослідження фігури Землі щодо її виду та розмірів є не тільки геометричною задачею, але пов'язано із вивченням її генезису, внутрішньої будови і умов обертання навколо своєї осі.

На початку XIX ст. в багатьох країнах почали розвиватися астрономо-геодезичні робота з метою складання точних карт. При виконанні цих робіт приймалась до уваги і задача визначення розмірів Землі в новій її постановці.

В 1849 р. була опублікована робота відомого англійського математика Стокса, який вслід за Ньютоном і Клеро зробив значне узагальнення теорії про фігуру Землі. Зокрема, він поставив задачу- знайти рівневу поверхню, що повністю охоплює маси, за відомим силовим полем - і побудував рівняння та показав, що розв'язок його існує для Землі як сфероїда малого стиснення.

Фізична поверхня Землі має дуже складну форму із-за сукупності різноманітних форм рельєфу і не може в цілому бути представлена точно якою не-будь правильною математичною фігурою. В 1873 р. Лістінгом (J. Listing) було запропоновано вважати математичною фігурою Землі тіло, поверхня якого збігається із середнім рівнем води в морях та океанах і є рівневою. Така фігура дістала назву геоїда. Стандартизований термін геоїд -це фігура Землі, утворена рівневою поверхнею, що збігається з поверхнею Світового океану в стані цілковитого спокою та рівноваги, відповідно продовжена під материками (щоб напрями прямовисних ліній перетинали цю поверхню у всіх її точках під прямим кутом).

Вивчення фігури фізичної поверхні Землі також пов'язано з її узагальненням або згладжуванням шляхом виділення із неї відповідної "неправильної" або топографічної частини. Для цього професор Молоденський запропонував деяку допоміжну поверхню, дуже близьку до поверхні геоїда і названу ним квазігеоїдом. Визначення фігури квазігеоїда щодо її виду та розмірів за результатами вимірювань на фізичній поверхні Землі також базується на порівнянні її з відомою аналітичною поверхнею - земним еліпсоїдом.

При виводі розмірів земного еліпсоїда практично можна не рахуватися з різницею між геоїдом та квазігеоїдом, поскільки вона (1-2 м) не може мати великого значення при сучасній точності вимірювань.

Дата добавления: 2013-12-14