Геоид
(греч. geoeides, от ge - Земля и eidos - вид)
фигура, которую образовала бы поверхность Мирового океана и сообщающихся с ним морей при некотором среднем уровне воды, свободной от возмущений приливами, течениями, разностями атмосферного давления и т.д. Поверхность Г. является одной из уровенных поверхностей (См. Уровенная поверхность) потенциала силы тяжести. Эта поверхность, мысленно продолженная под материками, образует замкнутую фигуру, которую принимают за сглаженную фигуру Земли. Часто под Г. понимают уровенную поверхность, проходящую через некоторую фиксированную точку земной поверхности у берега моря.
Надобность в таком определении понятия о Г. возникла из-за трудностей установления связи реальной Земли и невозмущённого среднего уровня моря. Понятие о Г. сложилось в результате длительного развития представлений о фигуре Земли как планеты, а самый термин «Г.» предложен И. Листинг ом в 1873. От Г. отсчитывают нивелирные высоты. По современным данным, средняя величина отступления Г. от наиболее удачно подобранного земного сфероида составляет около ±50 м
, а максимальное отступление не превышает ±100 м
. Высота Г. в сумме с ортометрической высотой (см. Нивелирование) определяет высоту Н
соответственной точки над земным эллипсоидом. Поскольку распределение плотности внутри Земли с необходимой точностью неизвестно, высоту Н
в геодезической гравиметрии и геодезии, согласно предложению М. С. Молоденского (См. Молоденский), определяют как сумму нормальной высоты и высоты квазигеоида (высота Н
необходима для вывода координат точек земной поверхности околоземного пространства в единой декартовой системе). Поверхность квазигеоида («почти Г.") определена значениями потенциала силы тяжести на земной поверхности, и для изучения квазигеоида результаты измерений не нужно редуцировать внутрь притягивающей массы. Квазигеоид отступает от Г. в высоких горах на 2-3 м
, на низменных равнинах - на 2-3 см
, на морях и океанах поверхности Г. и квазигеоида совпадают. Фигуру квазигеоида определяют методом астрономо-гравиметрического нивелирования (См. Астрономо-гравиметрическое нивелирование) или через предварительное определение возмущающего потенциала по материалам наземных гравиметрических съёмок и наблюдений за движением искусственных спутников Земли. Последние данные необходимы в связи с недостаточной гравиметрической изученностью некоторых областей Земли. М. И. Юркина.
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .
Синонимы :Смотреть что такое "Геоид" в других словарях:
Истинная форма Земли; неправильное геометрическое тело, поверхность которого в каждой своей точке перпендикулярна к действительному направлению отвесной линии в этой точке. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское… … Морской словарь
Геометрически сложная поверхность равных значений потенциала силы тяжести, совпадающая с невозмущенной поверхностью Мирового океана и продолженная над континентами. Г. определяет фигуру Земли, он существенно отличается от физ. поверхности Земли,… … Геологическая энциклопедия
геоид - Фигура Земли, образованная уровенной поверхностью, совпадающей с поверхностью Мирового океана в состоянии полного покоя и равновесия и продолженной под материками. [ГОСТ 22268 76] [ГОСТ Р 52334 2005] геоид Геометрически сложная поверхность с… … Справочник технического переводчика
Наша планета является одной из 9, которые вращаются вокруг Солнца. Еще в глубокой древности появились первые представления о том, каковы форма и размеры Земли.
Как менялись представления о форме Земли?
Античные мыслители (Аристотель - 3 в. до н. э., Пифагор - 5 в. до н. э. и др.) еще много веков назад высказывали мысль о том, что наша планета имеет шарообразную форму. Аристотель (на фото ниже), в частности, учил вслед за Евдоксом, что являющаяся центром Вселенной Земля шарообразна. Доказательство этого он видел в характере, который имеют лунные затмения. При них отбрасываемая нашей планетой на Луну тень имеет округлую форму по краям, что возможно лишь при условии шарообразности.
Проведенные в последующие столетия астрономические и геодезические исследования дали нам возможность судить, каковы в действительности форма и размеры Земли. Сегодня о том, что она круглая, знают от мала до велика. А ведь были времена в истории, когда считалось, что планета Земля плоская. Сегодня благодаря прогрессу науки мы уже не сомневаемся в том, что она именно круглая, а не плоская. Неоспоримое доказательство этого - космические фотоснимки. Шарообразность нашей планеты приводит к тому, что земная поверхность нагревается неравномерно.
А ведь на самом деле форма Земли не совсем такая, как мы привыкли думать. Этот факт известен ученым, и он используется в настоящее время для решения задач в области спутниковой навигации, геодезии, космонавтики, астрофизики и других смежных науках. Впервые мысль о том, какова в действительности форма Земли, высказал Ньютон на рубеже 17-18-го вв. Он теоретически обосновал предположение о том, что наша планета под воздействием на нее силы тяжести должна быть сжата в направлении оси вращения. А это значит, что форма Земли представляет собой либо сфероид, либо эллипсоид вращения. От угловой скорости вращения зависит степень сжатия. То есть чем тело вращается быстрее, тем оно сплющивается больше у полюсов. Этот ученый исходил из принципа всемирного тяготения, а также из предположения однородной жидкой массы. Он допускал, что Земля является сжатым эллипсоидом, и определял, в зависимости от скорости вращения, размеры сжатия. Через некоторое время Маклорен доказал, что если наша планета является сжатым у полюсов эллипсоидом, то равновесие покрывающих Землю океанов действительно обеспечено.
Можно ли считать, что Земля круглая?
Если планета Земля будет рассматриваться издалека, она будет казаться практически идеально круглой. Наблюдатель, которому большая точность измерений не важна, может вполне считать ее таковой. Средний радиус Земли в этом случае составляет 6371,3 км. Но если мы, приняв за идеальный шар форму нашей планеты, станем делать точные измерения различных координат точек на поверхности, у нас ничего не получится. Дело в том, что наша планета - это не идеально круглый шар.
Различные способы описания формы Земли
Форма планеты Земля может быть описана двумя основными, а также несколькими производными способами. Она может быть принята в большинстве случаев либо за геоид, либо за эллипсоид. Интересно, что математически легко описывается второй вариант, а вот первый принципиально никак не описывается, поскольку для определения точной формы геоида (а следовательно, и Земли) осуществляются практические измерения гравитации в различных точках поверхности нашей планеты.
Эллипсоид вращения
Все понятно с эллипсоидом вращения: фигура эта напоминает шар, который снизу и сверху приплюснут. То, что форма Земли - эллипсоид, вполне объяснимо: центробежные силы возникают из-за вращения нашей планеты на экваторе, тогда как их нет на полюсах. В результате вращения, а также центробежных сил Земля "располнела": диаметр планеты по экватору больше примерно на 50 км, чем полярный.
Особенности фигуры под названием "геоид"
Крайне сложная фигура - геоид. Она существует лишь теоретически, однако на практике ее нельзя ни пощупать, ни увидеть. Можно представить себе геоид в виде поверхности, сила земного притяжения в каждой точке которой направлена строго вертикально. Если бы наша планета была правильным шаром, заполненным равномерно каким-либо веществом, то отвес в любой ее точке смотрел бы в центр шара. Но ситуация осложняется тем, что неоднородной является плотность нашей планеты. В одних местах имеются тяжелые горные породы, в других пустоты, горы и впадины разбросаны по всей поверхности, так же неравномерно распределены равнины и моря. Все это меняет в каждой конкретной точке гравитационный потенциал. В том, что форма земного шара - геоид, виноват также эфирный ветер, который обдувает нашу планету с севера.
Кто изучал геоиды?
Отметим, что само понятие "геоид" было введено Иоганном Листингом (на фото ниже), физиком и математиком, в 1873 году.
Под ним, означающим в переводе с греческого "вид Земли", подразумевалась фигура, образованная поверхностью Мирового океана, а также морей, сообщающихся с ним, при среднем уровне воды, отсутствии возмущений от приливов, течений, а также разностей атмосферного давления и т. п. Когда говорят о том, что над уровнем моря такая-то высота, это означает высоту от поверхности геоида в этой точке земного шара, несмотря на то что в этом месте нет никакого моря, а оно находится за несколько тысяч километров от него.
Неоднократно уточнялось впоследствии понятие геоида. Так, советский ученый М. С. Молоденский создал свою теорию определения гравитационного поля и фигуры Земли по измерениям, выполненным на ее поверхности. Для этого он разработал особый прибор, измеряющий силу тяжести - пружинный гравиметр. Именно он предложил также использование квазигеоида, который определяется по значениям, принимаемым потенциалом силы тяжести на поверхности Земли.
Подробнее о геоиде
Если гравитацию измерить в 100 км от гор, то отвес (то есть грузик на нитке) станет отклоняться в их сторону. Такое отклонение от вертикали нашему глазу незаметно, однако легко обнаруживается приборами. Подобная картина наблюдается везде: отклонения отвеса где-то больше, где-то они меньше. А мы помним о том, что всегда перпендикулярной отвесу является поверхность геоида. Отсюда становится ясно, что геоид - весьма сложная фигура. Для того чтобы лучшее его представить, можно сделать следующее: вылепить шар из глины, после чего с двух сторон его сжать для образования приплюснутости, затем сделать пальцами на получившемся эллипсоиде бугры и вмятины. Такой сплюснутый помятый шарик будет довольно реалистично показывать форму нашей планеты.
Для чего нужно знать точную форму Земли?
Для чего же нужно знать так точно ее форму? Чем не удовлетворяет ученых шарообразная форма Земли? Следует ли усложнять картину геоидом и эллипсоидом вращения? Да, насущная необходимость в этом есть: близкие к геоиду фигуры помогают создавать координатные сетки, являющиеся наиболее точными. Ни астрономические исследования, ни геодезические изыскания, ни различные системы спутниковой навигации (ГЛОНАСС, GPS) не могут существовать и проводиться без определения довольно точной формы нашей планеты.
Различные системы координат
В мире в настоящее время действует несколько трехмерных и двухмерных систем координат с мировым значением, а также несколько десятков локальных. Своя форма Земли принята в каждой из них. Это приводит к тому, что координаты, которые были определены разными системами, несколько отличаются. Интересно, что, для того чтобы вычислить их у точек, находящихся на территории одной страны, удобнее всего будет принять форму Земли за референц-эллипсоид. Это установлено сейчас даже на высшем законодательном уровне.
Эллипсоид Красовского
Если говорить о странах СНГ или России, то на территории этих государств форма нашей планеты описывается так называемым эллипсоидом Красовского. Он был определен еще в 1940 году. Отечественные (ПЗ-90, СК-63, СК-42) и зарубежные (Afgooye, Hanoi 1972) системы координат были созданы на основании этой фигуры. Они и по сей день используются в практических и научных целях. Интересно, что ГЛОНАСС опирается на систему ПЗ-90, которая превосходит по своей точности принятую как основа в GPS аналогичную систему WGS84.
Заключение
Подводя итог, скажем еще раз, что форма нашей планеты отличается от шара. Земля приближается по своей форме к эллипсоиду вращения. Как мы уже отметили, вовсе не праздным является этот вопрос. Точное определение того, какую Земля имеет форму, дает мощный инструмент ученым для вычисления координат небесных и земных тел. А это очень важно для космической и морской навигации, при проведении строительных, геодезических работ, а также во многих других областях человеческой деятельности.
Земля - круглая. Фигура Земли - термин для обозначения формы земной поверхности. Итак, форма Земли отличается от шара, приближаясь к эллипсоиду вращения. ГЕОИД - (от гео… и греч. eidos вид) фигура Земли, ограниченная уровенной поверхностью, продолженной под континенты. Земля имеет форму шара, как и все остальные космические тела, обладающие большой массой. Такая поверхность носит название общей фигуры Земли или поверхности геоида.
В зависимости от определения фигуры Земли устанавливаются различные системы координат. Ещё в VI в. до нашей эры Пифагор считал, что Земля имеет шарообразную форму. То же открытие наиболее авторитетный автор в этом вопросе, Феофраст, отдаёт Пармениду.
Спустя 200 лет Аристотель доказал это, ссылаясь на то, что во время лунных затмений тень Земли всегда круглая. Он предположил, что она имеет форму эллипсоида и 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.
Для лучшей аппроксимации поверхности вводят понятие референц-эллипсоида, который хорошо совпадает с геоидом только на каком-то участке поверхности. На практике используется несколько различных средних земных эллипсоидов и связанных с ними систем земных координат. В том, что земной шар имеет форму геоида — некое подобие груши, вытянутой к Северному полюсу, виноват все тот же эфирный ветер, обдувающий его с севера.
От геоида отсчитываются нивелирные высоты. Понятие геоида неоднократно уточнялось. Он же предложил использование «квазигеоида» (почти геоида), определяемого по значениям потенциала силы тяжести на земной поверхности. Отступления от геоида невелики, не более З м., но геодезия — наука точная, для нее и такие отступления существенны.
Земля вместе с Солнцем сейчас и уже 3-4 миллиарда лет находится в такой области спирального рукава Галактики, в которой она обдувается эфирным потоком с севера. Огибая Землю, эфирный поток создает на ней различные области давления. По законам пограничного слоя после 110 град, считая от точки, в которую под прямым углом бьет поток эфира, то есть несколько ниже экватора этот поток начинает отрываться от поверхности.
Это сейчас каждый школьник точно знает, что планета круглая, что на всех нас действует сила тяготения, которая не даёт упасть «вниз» и улететь за пределы атмосферы… Впрочем, гипотеза о том, что наша планета имеет форму шара, существовала очень давно. Первым эту мысль высказал ещё в VI веке до нашей эры древнегреческий философ и математик Пифагор.
Ещё в XVII веке знаменитый физик и математик Ньютон, сделал смелое предположение, что Земля - никакой не шар, вернее, не совсем шар. Предположил - и математически это доказал. Как бы то ни было, теперь мы точно знаем, что Земля сплюснута у полюсов (если угодно - растянута у экватора). Получается, что Земля имеет не совсем правильную форму, напоминает грушу, вытянутую к Северному полюсу.
Физическая поверхность Земли
Поэтому для формы Земли учёные предложили особое название - геоид. Геоид является неправильной стереометрической фигурой. На форме Земного шара сказываются и сильные землетрясения. Профессора Миланского университета Роберто Сабадини и Джорджио Далла Виа считают, что оно оставило «шрам» на гравитационном поле планеты, в результате чего геоид существенно прогнулся.
Надеемся, что вскоре он пришлёт нам точную информацию о том, какую форму имеет Земля сегодня. Форму Земли можно описать двумя основными и несколькими производными способами. Геоид - фигура крайне сложная, и существует она только теоретически, а на практике ее нельзя ни увидеть, ни «пощупать».
Понятие о форме и поверхности Земли
А мы помним, что поверхность геоида всегда перпендикулярна отвесу, отсюда становится понятно, что геоид - фигура не просто сложная, но в придачу еще и хитрая. А вообще, для чего необходимо так точно знать форму нашей планеты?
В каждой из них принята своя форма Земли, что приводит к некоторым отличиям координат, определенных разными системами. И если отвечать на вопрос, почему же наша планета все-таки круглая, необходимо будет рассмотреть несколько существенных фактов.
Влияние состава планеты Земля на ее форму
Все крупные планеты околоземного пространства (Луна, Солнце и др.) имеют грандиозную массу, что подразумевает и увеличенную силу гравитации. Без этого сила гравитации не имела бы такого воздействия на создание формы нашей планеты – для этого космическое тело должно быть оптимально пластичным, например, газообразным или жидким.
И этому есть несколько существенных доказательств. Полярный радиус Земли составляет 6357 километров, ее экваториальный радиус – 6378 километра, что составляет разницу в целых 19 километров. Поэтому называть планету абсолютным шаром будет, немного неправильно, так как скорей она имеет форму шара, немного приплюснутого у полюсов и растянутого по линии Экватора.
Также круглой идеально Земля не может быть из-за того что раскаленная магма как разновидность жидкости присутствует лишь под корой земной поверхности, а сама кора является твердым веществом. Но стоит отметить, что и на жидкость, находящуюся на поверхности Земли, имеют воздействие определенные явления – точнее, сила тяготения других небесных объектов.
Смотреть что такое «Геоид» в других словарях:
Геоид - геометрически сложная поверхность равных значений потенциала силы тяжести, совпадающая с невозмущенной поверхностью Мирового океана и продолженная над континентами. Лет четыреста тому назад люди были уверены, что Земля плоская и покоится на трех китах. Всех несогласных тащили на костры, поэтому их было немного. Лет через сто уже безнаказанно можно было убеждать окружающих, что Земля - шар. Прошло немного в времени, и снова стали преследовать за это убеждение.
В действительности фигура Земли еще сложнее. Да, Земля не точный эллипсоид, а более сложное тело. Тогда решили форму Земли назвать геоидом. Европейский спутник GOCE увидел Землю в форме картошки. То, что форма Земли должна отличаться от шара, впервые показал Ньютон. В действительности в различных местах поверхность Земли может значительно отличаться от геоида.
Вращение Земли вокруг своей оси создает центробежную силу: чем ближе к экватору, тем сильнее тянет материал нашей планеты «наружу».
За миллионы лет вращение Земли вокруг своей оси изменило ее форму - как у летящей капли воды. В 1924 г. Международный геодезический и геофизический союз принял решение, что точнее всего форму нашей планеты описывает симметричное геометрическое терло - международный эллипсоид.
Однако уже несколько лет известно, что истинная далека от эллипсоидальной. Об этом свидетельствуют данные спутников, давших более точные изображения ее поверхности.
Геоид земли — подобно капле воды
Поскольку выступающие участки мешают точно определить ее форму, ученые разработали теоретическую модель Земли, полностью покрытой водой, на основе среднего уровня моря. Поверхность такого тела, как и у воды, гладкая и однородная. Его назвали геоид земли.
Как ни странно, даже у такого абстрактного тела довольно сложная форма - с выступами и впадинами амплитудой до 100 м. Например, юг находится в стометровой яме, а Индонезия - на бугре высотой 75 м; посреди Тихого океана еще один выступ - на 100 м выше окружающей поверхности.
Ученые детально исследуют строение и состав ядра , в частности его гравитационную неоднородность, которая может проявляться снаружи. Известно, что и масса земной коры распределена неравномерно, это тоже сказывается на силе тяжести. Местами, например под океанами, мощность коры всего несколько километров, а под горными массивами она намного больше.
На одних участках горные породы тяжелые (обладают высокой плотностью), на других они гораздо легче. На суше сила тяжести выше средней. Именно здесь геоид земли образует впадины, а в зоне океанов - выступы.
Какой формы земля, гипотезы прошлого и теории настоящего расскажут о форме нашей планеты.
Немного истории
Наши предки задавались вопросами, что представляет собой окружающий мир: что есть небо, земная твердь, вода вокруг нее. Необычные теории и предположения высказывали мыслители.
- В Греции считали, что земля – плоскость, ее окружают океанические воды без краев. На колеснице Аполлон катится по небу и освещает его. Звезды по утрам тонут в водах океана, и вновь рождаются ночью.
- Земля стоит на четырех слонах, которые покоятся на гигантской черепахе. Она же плавает по молочному морю. А его обвивает змея исполинских размеров. Во все это верили индийцы.
- Земля имеет форму чемодана. Встретимся за углом! – так шутили в дети в начальной школе. Китайцы считали так всерьез: земля представляет собой прямоугольник. Полагается он на колоннах, над этим сооружением – безмерное небо. Пролетающий дракон погнул колонну. Теперь солнце ходит не ровно, а по окружности: поднимается на востоке, и прячется на западе.
- Земля квадратная, на ней пять деревьев (в центре – зеленое, самое главное, красное – на востоке, белого цвета – не севере, черного – на западе, желтое – на юге.) Небо держится на деревьях, их цвет – цвет солнца в разное время дня. Такой веры придерживались представители древних майя.
- Вселенная состоит из семи миров. Их соединяет величественное дерево. Оно и есть наша земля. На кроне дерева — остров Буян. Там обитают предки всех животных. Так понимали мир славяне древнего мира.
- В Египте землю представляли так: внизу почивает Богиня почвы, вверху – небо, по которому величественно плывет Бог Солнца.
Все-таки она круглая?!
- Пифагор – легендарный древнегреческий ученый, годы рождения примерно 586 до н.э. – 569 до н.э. Эллинский мудрец не оставил после себя трудов, обо всех его размышлениях мы можем знать по трудам его учеников и последователей. Пифагор много путешествовал и учился у мудрецов Египта, Персии, Финикии. Познания мира он базировал на научном подходе. Математик и ученый утверждал, что форма Земли – шар.
- Его учитель, Анаксимандр Милетский, занимался космологией. Автор научного труда “О природе”. Земля «из двух [плоских] поверхностей по одной ходим мы, а другая ей противоположна». Земля пребывает в центре мироздания, ни на что не опирается, ее окружают кольца из огня. Планету окружают другие, находящиеся на разных расстояниях.
- Древнегреческий ученый Парменид (рожден примерно в 540 г. до н.э.)в своих трудах (до нас дошла частично поэма “О природе”) тоже придерживался этого взгляда.
- Аристотель (384 г. до н.э.), ученик Платона, воспитатель А. Македонского, доказал, что форма земли – шар. Он ссылался на то, что при лунных затмениях тень Земли – круглая. Также он доказал и то, что Луна имеет форму шара.
- Галилей Галилео, математик, физик, астроном и философ, впервые использовал телескоп для наблюдений за небом. Был подвержен гонениям католической церкви: возмутительная гипотеза, что не солнце движется вокруг земли, а земля — вокруг солнца , вызвала негодование.
“Утверждать, что Солнце стоит неподвижно в центре мира - мнение нелепое, ложное с философской точки зрения и формально еретическое, так как оно прямо противоречит Священному Писанию.
Утверждать, что Земля не находится в центре мира, что она не остаётся неподвижной и обладает даже суточным вращением, есть мнение столь же нелепое, ложное с философской и греховное с религиозной точки зрения.”
Ученый был обвинен в ереси и подвержен гонениям. В 1972 году церковь отменила приговор суда над Галилео. В 1992 году Папа Иоанн Павел ll, как представитель Римско-католической церкви признал и приговор, и обвинение ошибкой.
Теперь
Исаак Ньютон, физик, механик, математик и астроном, выдвинул теорию, что форма Земли не шар, а эллипсоид. Для доказательства совей мысли он предложил провести мысленный эксперимент. Необходимо прокопать две шахты к центру Земли: от полюса и от экватора. Шахты заливают водой. Длина шахт одинакова, если исходить из того, что форма – шар. В противовес этому в шахте экватора на воду действует центробежная сила, а на полярную не действует. Для того, чтобы в двух шахтах было равновесие, шахта экватора должна быть длиннее.
В идеальном представлении можно считать, что Земля имеет форму шара, а радиус составляет 6 371, 3 километра. Эти параметры подходят для решения тех задач, точность которых не выше 0,5 процента. На самом деле планета не имеет ровную форму шара. Из-за своего вращения со стороны полюсов она приплюснута. Также различна высота материков, на поверхности впадины и горы. Приливы деформируют форму Земли: они зависят от движения Луны. Это уже не шар, когда центр находится в равном расстоянии от любой точки на поверхности. Здесь вводится понятие геоид. С греческого языка это переводят как “нечто, подобное Земле”. Это эллипсоид вращения, приплюснутый с полюсов. Его поверхность в некоторых местах выступает или прогибается. Геоид напоминает по форме подгнивающее яблоко: поверхность неровная, сама фигура слегка вытянутая.
В космонавтике и геодезии, где точность расчетов максимально важна, используют геоид или эллипсоид. С первым связывают систему астрономических координат, со вторым – геодезических.
Но и геоидом в полной мере Землю не считают. В случае, если бы поверхность планеты вся покрывалась океанами, и они бы не изменялись из-за приливов, тогда форма была бы геоидом. В реальности все иначе, поэтому для более точного определения вывели понятие: референц-эллипсоид.
В науке и при расчётах используют разные земные эллипсоиды и системы координат привязанные к ним.
