Глава 2.Методы изучения формы земли
Изученность формы и размеров земли на современном этапе связано с
освоением космического пространства, которое началось с момента запуска советского искусственного спутника Земли 4 октября 1957г. Успешное ре-
шение этой задачи открыло пути для запуска последующих спутников раз-
ного назначения.
Методами космической геодезии решаются две задачи: динамическая и
геометрическая. Динамическая задача ставит своей целью определение ха-
рактера действительного движения искусственных спутников по орбите в
околоземном пространстве. Эта задача решается наблюдением за спутником
при его полете и определении его пространственных координат в заданные моменты времени. Для наблюдения движения спутников создается сеть станций слежения, координаты которых определены с высокой степенью точности.
Проведенные наблюдения за спутниками показывают, что их реальные
орбиты отличаются от предвычисленных по формулам Кеплера, выведен-
ных им для движения планет. Основной из причин изменения орбит спут-
ников является асимметрия гравитационного поля Земли, обусловленная
неравномерным распределением масс в земной коре. Таким образом, при
решении динамической задачи по возмущениям орбит спутников могут
быть определены гравитационное поле Земли и в конечном результате ее форма.
Геометрические задачи спутниковой геодезии ставят своей целью:
а) определение координат ряда точек на земной поверхности;
б) создание опорной геодезической сети для картографирования акваторий,
вмещающих множество, удаленных друг от друга островных групп, отсто-
ящих от материков на значительном удалении, как например в Океании;
в) создание планетарной единой геодезической сети.
Для решения геометрических задач в спутниковой геодезии применяются
два метода: а) метод синхронных наблюдений и б) орбитальный метод. Ор-
битальный метод менее точен, чем метод синхронных наблюдений, так как не всегда удается с достоверностью установить характер возмущения орбиты, что приводит к приближенному прогнозированию положений спутника.
2.1. Геометрический метод
Для определения формы и размеров Земли геометрическим (геодезическим) методом необходимо определить линейную величину одного градуса дуги меридиана и параллели на разных широтах. Геодезические
работы по вычислению длин дуг меридианов и параллелей называются
градусными измерениями (рис.3.1).
Основы геометрического метода изучения фигуры Земли заложены были еще в глубокой древности Александрийским ученым Эратосфеном (276-192гг. до н.э.). Он сделал первую известную в истории попытку определить размеры Земли путем измерений нашей планеты и применил формулу определения длины большого круга и радиуса его дуги.
Рис.2.1. Схема градусных измерений [1]
Градусные измерения производились и в последующие время. Из истории известны измерения греческого ученого Посидония (135-50 гг. до н.э.), а также работы арабских ученых YII в н.э., в результате которых были получены данные, близкие к современным (дуга меридиана в 1° получилась равной 111,8 км., а радиус Земли - 6406км).
Наиболее слабым местом всех этих работ были недостаточно точные линейные измерения значительных по протяженности дуг на поверхности Земли. И лишь в начале YIII в. н.э. голландский ученый В. Синеллиус (1580-1626г.г.) измерил дугу меридиана в 1°11`30`` между городами Алька-
Мааром и Берген-он-Зоомом в Нидерландах, используя для этого метод триангуляции (рис 3.2), предложенный еще в YI в. до н.э. древнегреческим ученым Фалесом из г. Милета.
Рис. 2.2. Схема триангуляции [1]
Сущность этого метода для измерения значительных по протяженности дуг на земной поверхности заключается в решении ряда треугольников,
примыкающих друг к другу и составляющих цепочку треугольников между двумя пунктами А и D (рис. 2.2), между которыми измеряется расстояние. Во всех треугольниках, составляющих триангуляционный ряд, измеряют все внутренние углы, а у первого треугольника А1В также длину стороны АВ, которая называется выходной стороной триангуляционного ряда. Для контроля так же измеряется длина стороны СD в последнем треугольнике ряда C6D. Зная координаты первой точки А ряда и используя данные уг-ловых и линейных измерений, можно вычислить координаты всех вершин
треугольников, в том числе и пункта D, находящегося в конце ряда, а за-
тем по правилам аналитической геометрии, вычислить искомое расстояние.
Метод триангуляции имеет преимущество в том, что в нем линейные измерения занимают, сравнительно малое место, а основными являются угловые, которые производятся значительно быстрее и с меньшими погреш-ностями.
В настоящее время градусные измерения разных стран соединяют в одну
систему и проводятся большие работы по соединению триангуляционных
рядов различных континентов, что позволяет получать данные о фигуре Земли.