Лекция 3. Общие сведения о Земле. 1. Форма и размеры Земли. 2. Значение формы и размеров Земли для географической оболочки. 1
Анаксимандр(610 – 547 до н. э) Анаксимандр создал одну из первых геоцентрических моделей космоса и положил начало теории небесных сфер. В его космологии Земля представлялась неподвижным цилиндром, на верхней поверхности которого находится обитаемый мир (Ойкумена). Вселенная при этом мыслилась центрально-симметричной, поэтому у находящейся в центре Космоса Земли отсутствует основание двигаться в каком-либо направлении. Анаксимандр оказался, таким образом, первым мыслителем, кто предположил, что Земля свободно покоится в центре мира без опоры (в то время как его учитель Фалес Милетский считал, что Земля покоится на воде). Анаксимандр учил о бесчисленности возникающих и гибнущих миров. Он составил первую географическую карту, изготовил первые в карту Греции солнечные часы и астрономические инструменты. Анаксимандр, возможно, познакомил Грецию с изобретенным в Вавилоне гномоном, гномоном прибором для определения наклона эклиптики к экватору. Предложил применять масштаб для соразмерного изображения объектов Анаксимандр. 2
Гномон - cамый древний угломерный инструмент. Прибор для определения наклона эклиптики к экватору. Он использовался для определения высоты солнца над горизонтом и представлял собой вертикальный столб на горизонтальной площадке. С помощью этого простейшего приспособления можно было отмечать дни солнцестояний, а значит фиксировать продолжительность года. Имея гномон, мы можем определить: § полуденную линию и стороны света; § высоту Солнца над горизонтом и широту места; § момент наступления истинного полдня; § долготу места. Чем гномон выше, тем длиннее отбрасываемая им тень, тем точнее измерения. На циферблате имелось только одна отметка – прямая линия к северу от столба, куда тень падает в полдень. Экран гномона можно разбить на часы, но все часы дня будут иметь разную продолжительность, и, кроме того, день ото дня длительность такого «часа» тоже будет меняться. Чтобы гномон показывал всегда время правильно, его надо наклонить в направлении земной оси, т. е. на Полярную звезду. Такое усовершенствование гномона предпринял грек Анаксимен Милетский, около 530 г. до н. э. построивший в спартанской столицы Лакедемоне солнечные часы. С той поры более 2 тысячелетий этот прибор оставался главным измерителям времен. Чаще всего устанавливали либо на тумбе с горизонтальным циферблатом, либо на стене здания – это были вертикальные солнечные часы. Обычно на циферблате отмечали только часы. В средние века лишь астрономы для своих нужд делили часы на минуты. В повседневной жизни минуты значения не имели. Изобретен он был в Вавилоне 3
Солнечные часы Пекин Казань Соловецкий монастырь 4
Пифагор Космогонию пифагорейцев можно описать так: мир, слагающийся из предела и беспредельного, есть сфера, возникающая в беспредельной пустоте и “вдыхающая” ее в себя, тем самым, расширяясь и расчленяясь. Так возникает мировое пространство, небесные тела, движение и время. В середине мира находится огонь, дом Зевса, связь и мера природы. Далее идут Противоземля, Земля, Луна, Солнце, пять планет и мир неподвижных звезд. Противоземля введена для круглого счета, как десятое небесное тело, с ее помощью объяснялись лунные затмения. Космические тела произошли из центрального огня и вращаются вокруг него, прикрепленные к хрустальным сферам. Планеты, в том числе Земля, вращаются с запада на восток, обращенные к центральному огню всегда одной стороной, поэтому мы его не видим. Наше полушарие согревается отраженными Солнцем лучами центрального огня. Космология пифагорейцев представляет значительный шаг вперед: § отказ от геоцентризма, § признание шарообразной формы Земли, § суточного обращения Земли вокруг центрального огня, § объяснение солнечных затмений прохождением Луны между Солнцем и Землей, § объяснение времен года наклоном земной орбиты по отношению к солнечной, представляли значительное приближение к истине. 5
Аристотель (384 – 322 до н. э). Первые подлинно научные свидетельства шарообразности Земли представил великий древнегреческий философ Аристотель (IV в. до н. э. ). Наблюдая лунные затмения (а они происходят потому, что Земля на время оказывается между Солнцем и Луной), он следил за тенью, отбрасываемой Землёй на Луну. Какой бы стороной ни была повёрнута к Луне Земля, эта тень всегда круглая. А какое тело в любом положении отбрасывает круглую тень? Шар. Значит, планета наша имеет шарообразную форму – к такому заключению пришёл Аристотель. (Необходимо отметить, что до Аристотеля халдеи – племена, обитавшие в Южной Месопотамии, – наблюдали лунные затмения и обращали внимание на форму тени, которую при этом Земля отбрасывает на Луну. ). Аристотель приводил и другие доказательства шарообразности Земли. Одно из них – то, что при движении на север или на юг мы видим в небе над собой уже другие созвездия. 6
Архимед Методика измерений в астрономии, угломер. Для расчета расстояния до Солнца Архимеду надо было знать видимый угловой диаметр Солнца. С этой целью он изготовил угломер: длинная линейка, помещенная на отвесную подставку. На линейку он поставил небольшой цилиндр, обточенный на токарном станке. Угломер Архимеда был очень примитивным, но методика измерений была безупречной. Архимед получил два значения угла- 1/164 и 1/200 доли прямого угла, между которыми находится искомый видимый поперечник Солнца. Если перевести эти значения в наши меры, то получатся углы 35'55" и 27'. Действительный видимый поперечник Солнца (32') лежит в найденных Архимедом пределах. Небесный глобус Архимеда. Основой механического глобуса Архимеда был обычный звездный глобус, на поверхность которого наносятся звезды, фигуры созвездий, небесный экватор и эклиптика (линия пересечения плоскости земной орбиты с небесной сферой). Вдоль эклиптики расположены 12 зодиакальных созвездий, через которые движется Солнце, проходя одно созвездие в месяц. Не выходят за пределы зодиака и другие небесные тела - Луна и планеты. Глобус закрепляется на оси, направленной на полюс мира (полярную звезду), и погружается до половины в кольцо, изображающее горизонт. Поворачивая шар на нужные углы, можно было легко узнать вид неба в любое время. Какая-то часть шара никогда не оказывалась выше горизонта. В этой части находились созвездия южного полушария, неизвестные ученым того времени. Солнце, Луна и звезды на обычном звездном глобусе отсутствуют, их невозможно изобразить, так как они непрерывно меняют свое положение по отношению к звездам. Архимед заставил перемещаться макеты этих светил с помощью специальных механизмов. Этот планетарий демонстрировал все 7 видимые движения небесных тел фазы Луны.
Система мира Архимеда. Одним из важнейших исследований Архимеда в области астрономии было вычисление расстояний между планетами. Эти расчеты дают возможность воссоздать облик "вселенной Архимеда". В ее середине находится Земля, вокруг нее обращаются Луна и Солнце. Орбиты трех ближайших планет Меркурия, Венеры и Марса очерчены вокруг него. Радиусы планетных орбит кратны между собой и относятся как 1: 2: 4. По данным Архимеда, относительное (по сравнению с расстоянием от Земли до Солнца) значение радиуса орбиты Меркурия составляет 0, 36 (в действительности 0, 39, ошибка 8%), орбиты Венеры 0, 72 (совпадает с действительным), Марса 1, 44 (в действительности 1, 52, ошибка 5%). Расчеты Архимеда, относящиеся к другим планетам, оказались неверными. Интересной особенностью система мира Архимеда является пересечение орбит Сатурна и Юпитера с орбитой Марса. Это представление является неверным, но оно говорит о том, что Архимед представлял себе планеты как отдельные тела, летящие в пространстве. 8
Гиппарх ( 180? 190 – 125 до н. э) Многолетние наблюдения за движением дневного светила позволили Гиппарху проверить утверждения, что астрономические времена года имеют неодинаковую продолжительность. Они начинаются в день и даже в момент наступления равноденствия или солнцестояния: весна - с весеннего равноденствия, лето - с летнего солнцестояния и т. д. Гиппарх обнаружил, что весна длится примерно 94, 5 суток, лето - 92, 5 суток, осень - 88 суток и, наконец, зима продолжается приблизительно 90 суток. Отсюда следовало, что Солнце движется по эклиптике неравномерно. Гиппарх предположил, что Солнце обращается вокруг Земли равномерно и по окружности, но Земля смещена относительно её центра. Такую орбиту Гиппарх назвал эксцентриком, а величину смещения центров (в отношении к радиусу) - эксцентриситетом. Он нашёл, что для объяснения разной продолжительности времён года надо принять эксцентриситет равным 1/24. Точку орбиты, в которой Солнце находится ближе всего к Земле, Гиппарх назвал перигеем, а наиболее удалённую точку - апогеем. В 133 г. до н. э. в созвездии Скорпиона вспыхнула новая звезда. Это событие побудило Гиппарха составить звёздный каталог, чтобы зафиксировать изменения в сфере "неизменных звёзд". Он определил координаты 850 звёзд относительно эклиптики. Одновременно Гиппарх оценивал и блеск звёзд с помощью введённого им понятия звёздной величины. Самым ярким звёздам он приписал 1 -ю звёздную величину, а самым слабым, едва видным, - 6 -ю. Сравнив свои результаты с координатами некоторых звёзд, измеренными Аристилом и Тимохарисом, Гиппарх обнаружил, что эклиптические долготы увеличились одинаково, а широты не изменились. Из этого он сделал вывод, что дело не в движении самих звёзд, а в медленном смещении небесного экватора. Так Гиппарх открыл, что небесная сфера кроме суточного движения ещё очень медленно поворачивается вокруг полюса эклиптики относительно экватора (точный период 25 735 лет). Это явление он назвал прецессией (предварением равноденствий). 9
Гиппарх установил, что плоскость лунной орбиты вокруг Земли наклонена к плоскости эклиптики под углом 5°. Поэтому у Луны изменяется не только эклиптическая долгота, но и широта. Лунная орбита пересекается с плоскостью эклиптики в двух точках-узлах. Затмения могут происходить, только если Луна находится в этих точках своей орбиты. Пронаблюдав в течение своей жизни несколько лунных затмений (они происходят в полнолуние), Гиппарх определил, что синодический месяц (время между двумя полнолуниями) длится 29 суток 12 ч 44 мин 2, 5 с. Это значение всего на 0, 5 с меньше истинного. Гиппарх впервые начал широко использовать древние наблюдения вавилонских астрономов. Это позволило ему очень точно определить длину года. В результате своих изысканий он научился предсказывать лунные и солнечные затмения с точностью до одного часа. Гиппарх вторым сумел найти расстояние до Луны, оценив также расстояние до Солнца. Он знал, что во время солнечного затмения 129 г. до н. э. оно было полным в районе Геллеспонта (современные Дарданеллы). В Александрии Луна закрыла лишь 4/5 солнечного диаметра. Иначе говоря, видимое место Луны не совпадало в этих городах на 0, 1°. Зная расстояние между городами, Гиппарх легко нашёл расстояние до Луны, используя метод, введённый ещё Фалесом. Он вычислил, что расстояние Земля - Луна составляет около 60 радиусов Земли (результат, очень близкий к действительному). Расстояние Земля - Солнце, по Гиппарху, равно 2 тыс. радиусов Земли. Гиппарх обнаружил, что наблюдаемые движения планет очень сложны и не описываются простыми геометрическими моделями. Здесь он впервые столкнулся с задачей, разрешить которую был не в силах. Только спустя три века "небесное наследство" великого астронома было принято Птолемеем, который смог построить систему мира, согласующуюся с наблюдениями. 10
Николай Коперник (1473– 1543) Гелиоцентрическая система в варианте Коперника может быть сформулирована в семи утверждениях: § орбиты и небесные сферы не имеют общего центра; § центр Земли — не центр вселенной, но только центр масс и орбиты Луны; § все планеты движутся по орбитам, центром которых является Солнце, и поэтому Солнце является центром мира; § расстояние между Землёй и Солнцем очень мало по сравнению с расстоянием между Землёй и неподвижными звёздами; § суточное движение Солнца — воображаемо, и вызвано эффектом вращения Земли, которая поворачивается один раз за 24 часа вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе; § Земля (вместе с Луной, как и другие планеты), обращается вокруг Солнца, и поэтому те перемещения, которые, как кажется, делает Солнце (суточное движение, а также годичное движение, когда Солнце перемещается по Зодиаку) — не более чем эффект движения Земли; § это движение Земли и других планет объясняет их расположение и конкретные характеристики движения планет. 11
Меркатор (1512 – 1594) Настоящее имя Герард ван Кремер, голландский картограф. После окончания университета Меркатор получает степень «мастера искусств» и остается жить в Лувене. Не теряя связи с университетом, он слушает лекции о планетах профессора Геммы Фризиуса. Его перу принадлежат сочинения по космографии и географии, он изготовливал глобусы и астрономические инструменты. Меркатор становится его учеником и помощником. Начав с гравировальных работ, он затем переходит и к более сложным – к изготовлению глобусов, астролябий и других астрономических приборов. Одновременно с этим Меркатор включается в разработку математических основ картографии. В 25 лет Меркатор выступает со своей первой самостоятельной картографической работой: это карта Палестины, изданная в Лувене. В следующем году он издает карту мира в двойной сердцевидной проекции, выполненную очень тщательно и учитывающую новейшие географические сведения. На этой карте название Америка впервые распространено на оба материка Нового Света, а сама Америка изображается отделенной от Азии, вопреки распространенному тогда ошибочному представлению. В 1541 году Меркатор приступает к изготовлению глобуса Земли, который стал одним из лучших для того времени. Он свободно вращался вокруг оси, проходящей через полюсы и закрепленной внутри массивного медного кольца. Отличительной особенностью этого глобуса была нанесенная на его поверхность сетка кривых линий, предназначенных для облегчения морской навигации. Эти линии позволяют считать, что при создании глобуса Меркатором была в основном завершена разработка знаменитой картографической проекции, названной потом его именем. 12
Работа над созданием всеобъемлющего труда по космографии, поглотившая его целиком, началась в 1564 году. Меркатор задумывал картографическое произведение, включающее разделы «Сотворение мира» , «Описание небесных предметов» , «Земля и моря» , «Генеалогия и история государств» , «Хронология» . В 1569 году Меркатор издает карту мира, названную им «Новое и наиболее полное изображение земного шара, проверенное и приспособленное для применения в навигации» . Она была выполнена на 18 листах, при ее изготовлении использовался новый способ изображения сетки параллелей и меридианов, получивший впоследствии название меркаторской (или цилиндрической) проекции. При составлении карты он ставил перед собой задачу показать земной шар на плоскости так, чтобы изображения всех точек земной поверхности соответствовали их истинному положению, а очертания стран, по возможности, не искажались. Еще одна цель состояла в изображении мира, известного древним – то есть Старого Света, – и места, занимаемого им на Земле. Меркатор писал, что с открытием новых материков перед всем миром предстали более отчетливо и ярко достижения древних в изучении Старого Света, изображение которого с наиболее возможной полнотой представлено на карте. К 1571 году Меркатор завершает работу, названную им «Атлас, или картографические соображения о сотворении мира и вид сотворенного» . К «Атласу» прилагались карты. С тех пор слово «атлас» стало нарицательным для собрания карт. Издание «Атласа» увидело свет лишь в 1595 году, через год после смерти Герарда Меркатора. 13
Джордано Бруно(1548 – 1600) Итальянский монах-доминиканец, философ и поэт, представитель пантеизма. Будучи католическим монахом, Джордано Бруно развивал неоплатонизм в духе возрожденческого натурализма, пытался дать в этом ключе философскую интерпретацию учения Коперника. Бруно высказывал ряд догадок, опередивших эпоху и обоснованных лишь последующими астрономическими открытиями: о том, что звёзды – это далёкие солнца, о существовании неизвестных в его время планет в пределах нашей Солнечной системы, о том, что во Вселенной существует бесчисленное количество тел, подобных нашему Солнцу. Был осуждён светскими властями и католической церковью за свободомыслие как еретик и был сожжён. Спустя три столетия, в 1889 году на месте казни в честь Джордано Бруно был воздвигнут памятник. Однако, даже спустя четыреста лет, глава Римскокатолической церкви отказался рассмотреть вопрос о его реабилитации. 14
Галилео Галилей (1564– 1642) Галилей возвращается во Флоренцию и начинает работать над новой книгой, чтобы отстаивать свои взгляды на строение мира. Понятно, что открыто выступить в защиту учения Коперника и Кеплера он уже не мог. Нетерпимость церкви к идеям этих ученых достигла высочайшего уровня. В этом Галилей убедился, когда еще раз, уже в 1628 году, он посетил Рим с целью выяснить отношение высших иерархов католической церкви к учению Коперника. Но Галилей продолжает работать над книгой и в 1630 году заканчивает и представляет ее в Конгрегацию для получения разрешения на издание. Свою книгу Галилей назвал «Диалоги о двух главнейших системах мира – Птолемеевой и Коперниковой» ( «Dialogo sopra I due massimi sistemi del mondo – ptolemaico e copernicano» ). Чтобы обмануть цензуру, Галилей написал книгу в виде диалога между двумя сторонниками Коперника с одной стороны и сторонником Аристотеля и Птолемея – с другой. При этом автор в предисловии вынужден был написать, что он не является сторонником учения Коперника и что это учение в книге не утверждается, а только обсуждается. В период работы под «Беседами» Галилей продолжал астрономические наблюдения и сделал последнее свое открытие в астрономии: наличие либрации Луны, т. е. небольших периодических покачиваний Луны относительно центральной оси. 15
Тихо Браге(1546– 1601) Во многих отношениях Тихо Браге можно назвать реформатором практической астрономии, так как он значительно усовершенствовал как инструменты, так и самые приемы наблюдений. Важно то, что Тихо Браге производил наблюдения строго систематически. Труды Тихо Браге не пропали даром: они попали в верные руки Кеплера, который в течение 17 лет подвергал их заботливой обработке и в результате открыл, наконец, законы движения планет. К периоду астрономической деятельности Тихо Браге относится появление целого ряда комет, которые он наблюдал, накопив запас весьма точных определений их положений. Тихо Браге мог сделать совершенно определенный вывод, что кометы находятся где-то далеко за пределами лунной орбиты. Наблюдения привели его к несомненному выводу, что кометы представляют собой самостоятельные небесные тела и что они движутся вокруг Солнца на расстоянии большем, чем расстояние до Венеры. Гео-гелиоцентрическая система мира Тихо Браге 16
Идея «непогрешимой» шарообразности планеты не была полностью отвергнута ещё очень долго. Даже не принимая на веру догадки античных мыслителей, европейские учёные считали, что Земля – правильный шар. Так было до самого конца XVII столетия, когда англичанин ИСААК НЬЮТОН и голландец ХРИСТИАН ГЮЙГЕНС нашли физические опровержения того, что Земля имеет форму правильного шара: раз тело долго и быстро вращается, значит, оно должно быть сплющено сверху и снизу. Ведь центробежные силы на экваторе действуют сильнее, чем у полюсов. И расстояние от полюса до полюса (полярный диаметр) будет короче, чем диаметр Земли в плоскости экватора. В 1680 г. Ньютон подсчитал, что наша планета сплющена вдоль оси вращения на 1/230 долю этой оси. Как ни велик был авторитет знаменитого учёного, следовало проверить его вычисления на практике. И в 1734 г. французские исследователи во главе с астрономом Жаком Кассини отправились измерять длину земного меридиана на север – от Парижа до Дюнкерка, города у пролива Па-де-Кале, и на юг – от Парижа до Перпиньяна на берегу Средиземного моря. Сплющена ли Земля с полюсов, оставалось неясным (а если да, то насколько? ). В век Просвещения так обстоять дело не могло, и Парижская академия наук послала ещё две экспедиции. Одну возглавил астроном Шарль Кондамин; она работала в Южной Америке. А другую – Пьер Луи Мопертюи; ей «достался» север Европы – скандинавская Лапландия. После нескольких лет странствий в тяжёлых условиях Андского высокогорья и скандинавской тундры учёные привезли свои ценнейшие данные в Париж (Мопертюи в 1737 г. , а Кондамин в 1742 г. ). Здесь их обработал Кассини, и был сделан окончательный вывод: Ньютон прав, расстояние от центра Земли до экватора больше, чем до полюса!. . . Итак, сегодня очевидно: наша планета немного сплющена с полюсов, поэтому её экваториальный радиус больше, чем у идеального шара, а вдоль оси вращения радиус Земли на 17 5 км меньше, чем у правильной геометрической сферы.
Измерение размеров Земли В день летнего солнцестояния в Сиене (C) лучи Солнца падают вертикально, а в Александрии (A) падали под углом z = 7°. Расстояние между Сиеной и Александрией было известно – 5000 египетских стадий (790 км) Следовательно, можно вычислить длину меридиана. Итак, 7 градусов составляют 7/360 = 1/51 часть окружности Земли по меридиану, и 7 градусов составляют 790 км, тогда вся окружность будет в 51 раз больше и составит 39500000 км. Радиус Земли вычисляется из формулы длины окружности l = 2 π R, R= l/2π = 39500000 / 6, 28 = 6290 км. Точность измерений Эратосфена всего лишь 1– 1, 5 % !!! Как Христофор Колумб спустя полторы тысячи лет сумел принять неведомые острова около нынешней Америки за Индию, кажется его лукавством) 18
Форма Земли Поверхность Земли, которую принято называть физической или топографической поверхностью, представляет собой сочетание океанов и материков со сложными геометрическими формами. Средний уровень Мирового океана принято называть уровенной поверхностью Земли. Немецкий физик И. Б. Листинг (1808– 1882) предложил для фигуры, ограниченной этой поверхностью, специальное название – геоид ( «подобный Земле» ). Форму Земли, ограниченную поверхностью океана в спокойном состоянии, мысленно продолженной под всеми материками называют геоидом. Геоид определяется как фигура, поверхность которой всюду перпендикулярна направлению силы тяжести, т. е. отвесной линии. 19
Спутник Европейского космического агентства GOCE, вышедший на орбиту Земли в марте 2009 -го, выполнил все необходимые измерения для точного построения модели геоида. 20
Поднятия и опускания над эллипсоидом составляют в среднем от ± 50 до ± 100 м. Их называют волнами геоида. Выступы и понижения геоида были точно измерены из Космоса. На поверхности Океана выделяются шесть гигантских неровностей – планетарных аномалий с поперечником 3– 5 тыс. км. Максимальное возвышение геоида наблюдается в Тихом океане близ острова Новая Гвинея ( +78 м), минимальные отметки – в Индийском океане у острова Шри-Ланка ( – 112 м). Так что общий размах выпуклостей и вогнутостей поверхности Океана достигает 190 м. Исследования показали, что источниками крупнейших аномалий океанической поверхности служат массы вещества, расположенные на глубинах порядка 400– 900 м: под «буграми» на поверхности Океана расположены массы вещества повышенной плотности, а под «впадинами» – массы пониженной плотности. Обобщенные черты рельефа водной поверхности Океана видны на рисунке. 21
Рельеф водной поверхности Мирового океана по данным информации с искусственных спутников Земли (по Р. К. Клиге и др. ) 22
Наиболее близкой, математически определенной геометрической фигурой к геоиду, характеризующей фигуру и размеры Земли, является земной эллипсоид, или сфероид (теоретическая фигура Земли). Эллипсоидом называется фигура, образованная вращением эллипса вокруг малой оси. 23
Дуга Струве состояла из отдельных 258 пунктов протяженностью 2880 км (с 1816 по 1855 гг. ). В объект всемирного наследия ЮНЕСКО вошли 34 таких пункта (в Беларуси — 5 пунктов). 24
Основные элементы земного эллипсоида: § Большая полуось а = WO/2; § Малая полуось b = PNPS/2; § Полярной сжатие = (а-b)/а Для сфероида радиус кривизны меридиана меньше у экватора и больше у полюса. Меридианы представляют собой эллипсы. Малая ось b (PNPS) – полярная ось. Большая ось a (WO) – перпендикулярна малой оси, проходит через центр – экваториальная ось. 25
Элементы эллипсоидов Бессе и Красовского, (в метрах) Эллипсоид Бесселя, 1841 г. Эллипсоид Красовского, 1942 г. Большая полуось а 6377327 6378245 Малая полуось b 6 356 079 6356663 1: 299, 2 1: 298, 3 Радиус шара с равной поверхностью 6 370 290 6 371 116 Радиус шара с равным объемом 6 370 283 6 371 110 Длина четверти меридиана 10 000 856 10 002 138 Сжатие 26
Современные общеземные эллипсоиды и их параметры § GRS 80 (Geodetic Reference System 1980) разработан Международной Ассоциацией Геодезии и Геофизики (International Union of Geodesy and Geophysics) и рекомендован для геодезических работ; § WGS 84 (World Geodetic System 1984) применяется в системе спутниковой навигации GPS; § ПЗ-90 (Параметры Земли 1990 года) используется на территории России для геодезического обеспечения орбитальных полетов. Этот эллипсоид применяется в системе спутниковой навигации ГЛОНАСС; § IERS 96 (International Earth Rotation Service 1996) рекомендован Международной службой вращения Земли для обработки РСДБнаблюдений. 27
Современные общеземные эллипсоиды и их параметры Название Год Страна/орган изация a, км точность ma , м 1/f точность mf GRS 80 1980 МАГГ (IUGG) 6378, 137 ± 2 298, 257222101 ± 0, 001 WGS 84 1984 США 6378, 137 ± 2 298, 25722356 ± 0, 001 ПЗ-90 1990 СССР 6378, 136 ± 1 298, 257839303 ± 0, 001 IERS 96 1996 МСВЗ (IERS) 6378, 136 — 298, 25645 — 28
Размеры земного эллипсоида S = 510 млн км 2 S = 149 млн км 2 суша объем Земли 1, 083*1012 км 3 экваториальный радиус = 6378, 245 км полярный радиус = 6356, 863 км rсредний = 6371, 110 км a – b = 21, 4 км (a – b) / a = 1/298, 3 = 0, 003355 длина окружности экватора = 40075, 696 км длина окружности меридиана – 40008, 550 км чаще всего мы принимаем их за 40000 км средняя плотность = 5, 5 г/см 3 29
Доказательства шарообразности Земли 1. При восходе Солнца лучи его освещают сначала облака, высокие предметы, то же и при заходе: Солнце уже за горизонтом, а его лучи все еще освещают облака и другие предметы. 2. Постепенное появление корабля из-за линии горизонта. 3. Постепенное увеличение радиуса видимого горизонта при поднятии наблюдателя (ровная местность 4 -5 км) 20 м -16 км. 4. Небесные тела имеют шарообразные формы (Луна, Солнце). Естественно думать, что и Земля не исключение. 5. Тень Земли, отбрасываемая на Луну при лунных затмениях, всегда имеет форму части правильного круга. 6. Изменения вида звездного неба при перемещении наблюдателя по меридиану. 7. Форма отражения звездного неба в больших водных пространствах. Звездное небо в спокойной поверхности больших водоемов отражается как в выпуклом зеркале. 8. Постоянство круглой формы видимого горизонта. 9. Кругосветные путешествия в одном направлении. 10. Начало дня на Востоке. Если бы Земля была плоской, то день начинался бы сразу на всей Земле. 11. Полеты спутников и космических ракет. 30
31
Значение шарообразной формы Земли 1. На выпуклую шарообразную поверхность Земли солнечные лучи падают под различными углами, интенсивность нагревания земной поверхности уменьшается от экватора к полюсам. 32
2. Шарообразность в сочетании в вращением в поле солнечной радиации обуславливает зональность природы. 33
3. Шарообразность влияет на общую циркуляцию атмосферы, океанические течения, приливы. Шарообразность делает ГО единым замкнутым целым. 34
4. Шарообразная форма планеты обуславливает разделение ее на освещенные Солнцем и не освещенные, следовательно влияет на тепловой режим планеты. 35
