Форма на Земята: Разлика между версии

Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
пренасочваща
Преобразуване от пренасочваща в нова статия
Етикет: Премахване на пренасочване
Ред 1:
[[File:Sea floor topography.gif|200п|дясно]]
#виж [[Геоид]]
[[File:Horizon, Valencia (Spain).JPG|265п|дясно|мини|Изглед към 20-километров залив на брега на Испания. Изкривяването на Земята е очевидно в хоризонта по цялото изображение, а основите на сградите на далечния бряг са под този хоризонт и скрити от морето.]]
'''Форма на Земята''' е термин за формата на земната повърхност в [[геодезия]]та и [[астрономия]]та, който се отнася до размера и формата, използвани за моделиране на [[Земята]]. Размерът и формата, към които се отнася, зависят от контекста, включително точността, необходима за модела.
 
[[Сфера]]та е приближение на фигурата на Земята, което е задоволително за много цели. Разработени са няколко модела с по-голяма точност, така че координатните системи да обслужват точните нужди на [[навигация]]та, геодезията, [[кадастър]]а, използването на Земята и различни други проблеми. В зависимост от дефиницията на фигурата на Земята в геодезията се установяват различни [[координатна система|координатни системи]]. Реалната форма на Земята е [[геоид]], а като геометрично тяло най-много се доближава до ротационен [[елипсоид]].
 
== История ==
Още през VI век. пр. н. е. [[Питагор]] вярвал, че Земята има сферична форма <ref>{{Cite web|url=http://www.psylib.ukrweb.net/books/diogenl/txt08.htm|title=Диоген Лаэртский. КНИГА ВОСЬМАЯ|author=|website=|date=|publisher=www.psylib.ukrweb.net|accessdate=2020-03-22}}</ref>. Най-авторитетният автор по този въпрос, [[Теофраст]], отдава същото откритие на [[Парменид]].
 
След 200 години [[Аристотел]] доказа това, като се позова на факта, че по време на лунните затъмнения сянката на Земята винаги е кръгла.
 
След още 100 години [[Ератостен]], знаейки разстоянието от [[Александрия]] до [[Сиена]] и използвайки [[гномон]] близо до [[Александрийска библиотека|Александрийската библиотека]] по време на позицията на [[Слънцето]] над Сиена в [[зенит]]а си, успява да определи пълния кръг на земния меридиан (360°) като стойност от 250 000 [[стадий|стадия]]. Тъй като не е известно какви стадии е използвал Ератостен, е невъзможно точно да се установи тази стойност в съвременните единици за дължина. В различни региони на [[Гърция]] 1 стадий варира от 150 до 200 съвременни метра. Следователно в съвременните единици дължината на [[голяма окръжност|голямата окръжност]] на земния [[меридиан]], изчислена от Ератостен, е била приблизително от 37 500 до 50 000 км (за сравнение, съвременната му стойност е 40007,863 км <ref>{{Cite web|url=https://web.archive.org/web/20110414141929/http://home.online.no/~sigurdhu/Grid_1deg.htm|title=Earth according to WGS 84 (every degree of latitude)|date=2011-04-14|publisher=web.archive.org|accessdate=2020-03-20}}</ref>). <ref name="Trifonov"> Трифонов Е.Д. – [http://www.ras.ru/FStorage/Download.aspx?id=9e94d047-3346-443c-91fa-d3fb1049edae Как измерили Солнечную систему], 18 страници, издание „[[:ru:Природа (журнал)|Природа]]“, № 7, издателство [[:ru:Наука (издательство)|Наука]], 2008 г.</ref>
 
[[Нютон]] е първият, който показва, че формата на Земята трябва да се различава от сферата. Той е предположил, че е [[елипсоид]] и предлага следния мисловен експеримент. Трябва да се изкопаят два канала: от [[полюс]]а до центъра на Земята и от [[екватор]]а до центъра на Земята. Тези канали са залети с вода. Ако Земята е сферична, тогава дълбочината на каналите е същата. Но водата в екваториалния канал е подложена на центробежна сила, докато водата в полярния канал не. Следователно за баланса на водата в двата канала екваториалният канал трябва да е по-дълъг. <ref>[http://the-mostly.ru/misc/earth_shape_1.html Ещё раз о форме Земли — какая же она на самом деле?] — Юный техник, № 11, 1975.</ref>
 
По-нататъшното развитие на теорията за фигурата на Земята е отразено в трудовете на [[Хюйгенс]], [[Касини]], [[Клеро]], [[Маклорен]], [[Д’Аламбер]], [[Лагранж]], [[Лаплас]], [[Лежандр]], [[Якоби]], [[Дирихле]], [[Поанкаре]] и др.
 
== Съвременни възгледи ==
В нулевото приближение може да се приеме, че Земята има формата на топка със среден радиус 6371,3 км. Това представяне на нашата планета е подходящо за задачи, при които точността на изчисленията не надвишава 0,5 %. В действителност Земята не е идеална [[сфера]]. Поради денонощното въртене тя е сплескана на полюсите; височините на [[континент]]ите са различни; формата на повърхността също се изкривява от [[прилив]]ни деформации.
 
=== Геоид и ротационен елипсоид ===
В [[геодезия]]та, [[астрономия]]та и [[космонавтика]]та обикновено се избира ротационен [[елипсоид]] или [[геоид]], за да се опише формата на Земята. Системата от астрономически координати е свързана с геоид, а системата от геодезични координати е свързана с ротационен елипсоид.
 
Геоидът е повърхнина, която е навсякъде е перпендикулярна към посоката на [[сила на тежестта|силата на тежестта]] <ref>Определението за гравитация включва не само гравитационната, но и центробежната съставна, поради което геоидът не съвпада с еквипотенциалната повърхност на чистото гравитационно поле; по този начин той е навсякъде перпендикулярен не на чистия вектор на силата на гравитационното поле, а на [[отвес|отвесна линия]].</ref>. Ако Земята беше напълно покрита от океани и не беше подложена на [[прилив]]ните ефекти на други небесни тела и подобни смущения, тя щеше да има формата на геоид. Всъщност на различни места повърхността на Земята може значително да се различава от геоида.
{{multiple image |width = 250
|header = Отклонения на геоида (модел EGM96) от идеализираната фигура на Земята (елипсоид WGS 84) в цветове:<br> червен – изпъкналост, син – вдлъбнатост.
|image1 = Geoid EGM96.gif
|caption1 = Разгърната карта на Земята. Океанската повърхност се отклонява от елипсоида: например в северната част на Индийския океан тя е понижена с ~ 100 метра, а на запад от Тихия океан е издигната с ~ 80 метра.
|image2 = Geoid undulation to scale.jpg
|caption2 = Равнинно изображение при гладка форма
|image3 = Geoid undulation 10k scale.jpg
|caption3 = Пространствено изображение при релефна форма с вертикален мащаб 1:10000.}}
{{Br}}
Геоидът е неправилно кълбовидно тяло, което съвсем малко се различава от ротационния елипсоид, т.е. геометрично тяло получено от завъртването на елипса около малката ѝ ос. Земната повърхност се приближава по-добре към ротационен елипсоид, който съвпада добре с геоида само в някаква част от повърхността. Геометричните параметри на еталонните елипсоиди се различават от параметрите на средния земен елипсоид, който описва земната повърхност като цяло. Ето защо на практика формата на Земята се приема за [[елипсоид]], който се нарича '''земен елипсоид''' или сплеснат [[сфероид]], чийто полярен радиус е с 21,38 км по-къс от екваториалния.<br>
Сплеснатостта на Земята <math>f</math> е геометричното свиване на елипсоида
 
<math>f=\frac{a-b}{a}=\frac {1}{298,2575}</math>,
 
където <math>a</math> e eкваториалният, а <math>b</math> – полярният радиус на Земята.
 
Поради факта, че Земята е сплескана, точката на нейната повърхност най-близо до центъра на Земята е [[Северен полюс|Северният полюс]] (за разлика от [[Южен полюс|Южния полюс]] той е в [[Северен ледовит океан|океана]]), най-далеч е вулканът [[Чимборасо]] ([[Еквадор]]) – 6384,4 km.
{{multiple image |width = 380
|header = Земен елипсоид
|image1 = OblateSpheroid.PNG
|caption1 = Земен елипсоид или [[сфероид]] с координатна мрежа
|image2 = Earth oblateness to scale.svg
|caption2 = Мащабна диаграма на изкривеността на референтния елипсоид IERS от 2003 г., със север в горната част. Външният ръб на тъмносинята линия е елипса със същата ексцентричност като тази на Земята. За сравнение, светлосиният кръг вътре има диаметър, равен на малката ос на елипсата. Червената крива представлява [[Линия на Карман|линията на Карман]] на 100 км (62 мили) над морското равнище, докато жълтата лента обозначава височинния диапазон на МКС в ниска земна орбита (височина 330-435 km, орбитална инклинация 51,65°).}}
{{Br}}
На практика се използват няколко различни средни за Земята елипсоиди и свързани земни координатни системи.
 
{|
|-
|
{| class="standard"
|-
!Название||<math>a</math>, км||1/f||GM<sub>⊕</sub>×10<sup>14</sup>м³c<sup>−2</sup>||J<sub>2</sub>×10<sup>−3</sup>||Ω×10<sup>−5</sup>рад/с
|-
|[[WGS84]]||6378,137||298,257223563||3,986004418||1,08263||7,292115
|-
|[[GRS80]]||6378,137||298,257222101||3,986005||1,08263||7,292115
|-
|[[IERS96]]||6378,13649||298,25645||3,986004418||1,0826359||7,292115
|-
|[[ПЗ-90]]||6378,136||298,257839303||3,9860044||1,0826257||7,292115
|}
|<font size=-1>Тук:<br>
* <math>a</math> е екваториалният радиус на Земята;
* <math>f</math> — геометрично свиване на елипсоида <math>(f=\frac{a-b}{a}</math>, където <math>b</math> — полярен радиус на Земята);
* '''G''' — гравитационна константа;
* '''M<sub>⊕</sub>''' — маса на Земята;
* '''J<sub>2</sub>''' — динамичен форм-фактор на Земята;
* '''Ω''' — ъглова скорост на въртене на Земята.
</font>
|}
 
'''Обемът''' на еталонния елипсоид е {{nowrap| V {{=}} {{sfrac|4|3}}{{pi}}<math>a</math>{{sup|2}}<math>b</math>}}, където <math>a</math> и <math>b</math> са неговите голяма и малка полуоси. Използвайки параметрите от ротационния елипсоид WGS84, <math>a</math> = 6378,137 km и <math>b</math> = 6356,7523142 km, V = 1,08321 × 10<sup>12</sup> km<sup>3</sup>. <ref name="earth_fact_sheet">{{citation | last = Williams | first = David R. | date = 2004-09-01 | url = http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html | title = Earth Fact Sheet | publisher = [[NASA]] | access-date = 2007-03-17 }}</ref>
 
=== Сплеснатост на други планети ===
Сплеснатостта на планетите зависи от тяхната плътност и скорост на въртене. Поради това всяко въртящо се небесно тяло не е идеален сфероид.
 
В Слънчевата система планетите и спътниците, които се въртят с по-ниска скорост - като [[Меркурий]] и [[Венера]], имат незначителна сплеснатост.
{| class="wikitable"
|-
! Планета !! [[Диаметър]] на екватора, км !! Диаметър между полюсите, км !! Разлика, км !! Сплеснатост
|-
| [[Земя]] || 12 756,28 || 12 713,56 || 42,72 || 1:298,2575
|-
| [[Марс]] || 6805 || 6754,8 || 50,2 || 1:135,56
|-
| [[Церера]] || 975 || 909 || 66 || 1:14,77
|-
| [[Юпитер]] || 142 984 || 133 709 || 9275 || 1:14,14
|-
| [[Сатурн]] || 120 536 || 108 728 || 11 808 || 1:10,21
|-
| [[Уран (планета)|Уран]] || 51 118 || 49 946 || 1172 || 1:43,62
|-
| [[Нептун]] || 49 528 || 48 682 || 846 || 1:58,54
|}
 
== Вижте също ==
* [[Сфероид]]
* [[Геоид]]
* [[Елипсоид]]
* [[Земен радиус]]
 
== Източници и бележки ==
<references />