Введение Определение формы и размеров Земли является одной

Введение Определение формы и размеров Земли является одной из главных задач современной науки. Зачем же человеку знать какую форму имеет Земля? Ответ кроется в том, что человек всегда хотел ориентироваться в окружающем мире. Человек стремился представить Землю в виде изображения которое помогло бы ему ориентироваться в окружающем мире. Так еще в каменном веке поверхность Земли изображалась в виде рисунка на костях животных, на стенах пещер и т. д. На этих рисунках были обозначены места жительства, основные тропы, реки, в общем все необходимое для жизни человека в то время. С пришествие времени на картах стали изображать границы владений разных государств и именно после этого у человека стал серьезный вопрос, - Как изобразить поверхность Земли максимально точно для лучшего ориентирования в этом мире? Но Земля ни шар, ни эллипс и не имеет форму, которую можно выразить математически. Поэтому человечество стремилась максимально точно определить истинную форму Земли, используя разные методы. Позже с изучением гравиметрии у человека появилась новая цель в изучении формы Земли – это максимально точно определить форму и размер Земли не только для составления карт, но и для построения физических теорем. Зная которые человек лучше воспринимал природу и процессы проходящие в ней. Поэтому я с уверенность могу говорить, что данная тема очень актуальна на современном этапе. Основная цель данной работы – дать описание формы и размеров Земли, а также описание основных методов ее определения. Для решения поставленной цели нужно выполнить следующие задачи: • дать краткий исторический обзор в изучении формы и размеров Земли. • дать характеристику изученности формы и размеров Земли на современном этапе. • охарактеризовать каждый метод.

Фигура и размеры Земли Геоид. • • Геоид определяется как эквипотенциальная поверхность земного поля тяжести (уровенная поверхность), приблизительно совпадающая со средним уровнем вод Мирового океана в невозмущённом состоянии и условно продолженная под материками. Отличие реального среднего уровня моря от геоида может достигать 1 м. По определению эквипотенциальной поверхности, поверхность геоида везде перпендикулярна отвесной линии. . Уровенная поверхность в каждой своей точке нормальна к направлению силы тяжести Поверхность геоида.

Эллипсоид. Размеры Земли • Земным эллипсоидом называется фигура, представляющая собой сплюснутый эллипсоид вращения. Его размеры подбирают таким образом, чтобы он в пределах определенной территорий максимально подходил к поверхности геоида. • Размеры Земли: большая полуось (радиус экватора) а = 6378245 м; малая полуось (расстояние от плоскости экватора до полюса)b ==6 356 863 м; сжатие с =0, 00335233 Экваториальный радиус6378 км, полярный радиус6357 км, средний радиус Земли 6371 км, длина экватора 40076 км, длина меридиана 40008 км, поверхность Земли 510 млн. км 2 • • •

Квазигеоид. • • • Для того чтобы изучить фигуру геоида по наземным измерениям с высокой точностью, необходимо силу тяжести измерять непосредственно на его поверхности, что не осуществимо. Следовательно, как доказал известный советский ученый М. С. Молоденский, изучить фигуру геоида с высокой точностью по наземным измерениям невозможно. По результатам комплекса наземных астрономо-геодезических и гравиметрических измерений теоретически безупречно может быть определена другая вспомогательная поверхность, получившая название поверхности квазигеоида , которая незначительно отклоняется от поверхности геоида: в равнинной местности на 2— 4 см, а в горах — не более 2 м. На морях и океанах поверхности геоида и квазигеоида полностью совпадают. Фигуру Земли, ограниченную поверхностью квазигеоида, называют квазигеоидом. Определив из обработки наземных измерений параметры квазигеоида и измерив относительно него высоты точек земной поверхности, можно теоретически строго изучить фигуру реальной Земли, ограниченную ее твердой оболочкой на суше и невозмущенной поверхностью морей и океанов.

Нормальная Земля Фигура и гравитационное поле Земли тесно взаимосвязаны и их изучение представляет собой по существу одну задачу. Сложная структура гравитационного поля, обусловленная неправильностями фигуры Земли и особенностями распределения плотностей масс, создает значительные трудности при определении потенциала силы тяжести W. Задача определения по тенциала W существенно облегчается, если гравитационное поле Земли представить в виде двух полей: основного, или нормального и остаточного, или аномального и каждое из них изучать отдельно. За физическую модель Земли при этом принимают так называемый уровенный эллипсоид вращения , внешняя поверхность которого является уровенной и сила тяжести в каждой точке ее направлена по нормали к ней. Уровенный эллипсоид, принимаемый за физическую модель Земли при определении ее фигуры и гравитационного поля, принято называть Нормальной Землей.

Поверхность относимости. Рефенц-эллипсоид • • Физическая поверхность Земли имеет очень сложный вид, особенно в горных районах. Уравнение этой поверхности неизвестно, поэтому при математической обработке результатов геодезических измерений используют другую, сравнительно простую в геометрическом отношении вспомогательную поверхность, подбираемую и ориентируемую в теле Земли определенным образом, и редуцируют на нее измеренные на физической поверхности Земли расстояния между пунктами, горизонтальные направления и углы, азимуты земных предметов и т. п. Эту поверхность принято называть поверхностью относимости. При выборе той или иной поверхности относимости необходимо иметь в виду следующее. Поверхность относимости должна быть сравнительно простой по форме и хорошо изученной в геометрическом отношении. При решении топографо-геодезических и картографических задач в пределах одной или группы стран каждое государство за поверхность относимости обычно принимает земной эллипсоид, имеющий определенные размеры и ориентировку в теле Земли, называемый референц – эллипсоидом. Форму, размеры и ориентировку референц-эллипсоида определяют, соблюдая следующие требования: 1) параметры референц-эллипсоида должны возможно меньше отличаться от параметров общего земного эллипсоида; 2) ось вращения референц-эллипсоида должна быть параллельна оси вращения Земли, а плоскость его экватора — плоскости экватора Земли; 3) в пределах территории страны или группы стран, для которой подбирается референцэллипсоид, сумма квадратов отклонений поверхности квазигеоида (геоида) от поверхности референц-эллипсоида должна быть наименьшей.

Методы определения фигуры Земли.

Гравиметрический метод • • В начале- 19 века французские ученые начали попытки применить нитяной маятник. В 1818 г. английским физиком Катером был сконструирован оборотный маятник, основанный на том, что всякое физическое тело имеет два взаимных центра качания, таких, что периоды колебания около этих центров одинаковы. Тогда возможно измерить расстояние между этими центрами, которое играет роль длины в идеальном маятнике, и, определив период, вычислить напряжение силы тяжести g. Первые русские измерения силы тяжести были произведены Ф. П. Литке (1797— 1882) во время его кругосветного путешествия 1826— 1829 гг. Обработав наблюдения маятников, Литке сделал заключение о наличии положительных гравитационных аномалий на океанических островах. Главной причиной аномалий, по мнению Литке, является наличие плотного базальтового основания у островных пунктов. «В тех же пунктах, которые лежали на толстых слоях известняка и песчаника, величины аномалий оказались почти втрое меньше» . Результаты произведенных измерений силы тяжести Литке использовал для вывода сжатия Земли. Однако, имея большой процент островных, т. е. резко аномальных пунктов, Литке не мог получить правильный результат. Справедливо оценив это обстоятельство, он добавил к своим наблюдениям шесть наблюдений англичан и, совместно обработав эти данные, получил для сжатия Земли величину 1: 288 [2].

Определение сжатия Земли по неравенствам в движении Луны • • Отступление фигуры Земли от однородного или состоящего из концентрических слоев различной (плотности шара вызывает в движении Луны некоторые периодические отклонения от кеплерова движения по орбите, — так называемые возмущения, или неравенства. Амплитуда этих отклонений зависит от параметра динамического сжатия Земли. В теории движения Луны эти отклонения представляются периодическими членами. Наибольшие амплитуды таких отклонений имеют неравенство в долготе Вводя среднее значение из наблюденных величин в формулы, получаем соответственно два значения динамического параметра Им соответствуют два значения полярного сжатия Земли. Эти значения следующие: а = 1 : 297, 7, а = 1 : 297, 0.

• Метод космической триангуляции Основной задачей космической триангуляции является определение положения системы опорных точек на земной поверхности и в конечном счете точное определение формы и размеров Земли. Однако в космической триангуляции, являющейся пространственной, вершины треугольников располагаются не только на Земле, в пунктах, расположения станций слежения ИСЗ, но и в пространстве, в точках положения спутника в момент наблюдения. Те и другие пункты неравноправны. Точки на Земле могут иметь координаты, определенные способом наземной или космической геодезии, могут быть закреплены на местности, и тогда они могут служить опорными пунктами для геодезии вообще и в том числе для определения положения спутника. Точка мгновенного положения спутника не может быть закреплена и может наблюдаться только однажды. Непосредственному измерению подлежит радиус-вектор. При этом могут быть измерены или только направление, характеризуемое единичным вектором или только расстояние, характеризуемое модулем. Основная идея триангуляции состоит в следующем. На местности в точке А с известными координатами производится измерение угла между направлениями на две другие точки В и С, служащие вершинами треугольника. Так же измеряется угол между направлениями ВА и ВС. Если кроме того, известна длина одной стороны треугольника ABC, в данном случае расстояние АВУ то, решая методами тригонометрии треугольники, находят длины сторон АС и ВС. Далее измеряют углы DBC и DCB и, зная сторону ВС, решают треугольник BCD и т. д

Заключение. • • • Таким образом, если обобщить всю перечисленную в данной работе информацию, можно прийти к выводу, что при изучение формы Земли используют все эти методы (геометрический, гравиметрический, астрономический), т. к. при изучение формы Земли нельзя думать, что с помощью одного метода можно все определить. Каждый метод имеет связь с другим методом и без использования всех методов нельзя получить полную характеристику формы Земли. Астрономический метод связан с гравиметрическим - гравитационным полем Земли, или астрономический связан с геодезическим – космической триангуляцией и т. д. За период изучения от первого представления о форме Земли до настоящего времени сделан гигантский шаг вперед. Начиная от плоскости, шара, заканчивая геоидом и квазигеоидом – все это было достигнуто благодаря изучению формы и размеров Земли. Кроме значительного скачка в определение формы Земли или научного прогресса, изучение ее размеров и формы показывает развитие нации, ведь сегодня наличие собственных космических спутников предназначенных для изучения поверхности Земли, ее формы и размеров является одним из показателей развития государства.