Тема 2.5. Форма и размеры Земли

О том, что Земля шарообразна, догадывались еще в глубокой древности. Первоначально считалось Земля - плоская (греки - диск, омываемый океаном; русские - лепешка, лежащая на китах, индусы - поверхность Земли покоится на слонах или черепахе и т. д.)

Однако по мере накопления фактов мнения по этому вопросу изменя­лись. Уже Пифагор высказывал мнение о шарообразности Земли, а другой древнегреческий ученый Аристотель в IVвеке до н.э. впервые обратил вни­мание, что при лунных затмениях тень от Земли круглая.

Ученик Аристотеля Дикеарх пытался измерить Землю, взяв за основа­ние два пункта, лежащие на одном меридиане. По его расчетам длина окруж­ности Земли равна 47400 км (погрешность - 18,5 %).

Первое определение радиуса Земли было выполнено ученым из Алек­сандрии Эратосфеном примерно в 235 г. до н.э. Он геометрически вычислил дугу поверхности Земли, равную 7,2° и с помощью пропорции нашел длину окружности Земли, примерно равную 39816км. (0.5%) В первой половине XVIIвека голландцем Снеллицеоном триангуляционным методом она была определена с большей точностью.

Таким образом, к концу XVIIвека ученые доказали, что Земля шаро­образна и были определены её размеры. При этом учитывались следующие факторы:

1. При восходе солнца лучи освещают сначала облака и высокие предметы. При заходе - тоже самое.

2. На море мы видим сначала верхние части корабля, а затем нижние

3. При поднятии вверх кругозор увеличивается

4. Вид звёздного неба меняется с широтой

5. Кругосветные путешествия. В настоящее время космическими исследованиями подтверждено шарообразное строение Земли.

Известно, что формирование Земли происходило под действием двух сил - силы взаимного притяжения её массы и центробежной силы, обуслов­ленной вращением планеты вокруг своей оси. Равнодействующая обеих сил -сила тяжести, выражаемая в ускорении, которое приобретает тело, находя­щееся у поверхности Земли.

Ньютон изложил теорию фигуры Земли, основанную на законе все­мирного тяготения. В XVIIвеке Ньютон первым понял, что из-за вращения Земли её фигура должна быть не сферой, а эллипсоидом вращения. Ньютон и Гюйгенс высказали предположение, что дополнительной причиной умень­шения силы тяжести к экватору, помимо увеличения центробежной силы яв­ляется уменьшение притяжения Земли.

Таким образом, они высказали предположение, что Земля - не идеальный шар, а сфероид или эллипсоид вращения. Следовательно, Земля сплю­щена у полюсов и растянута в экваториальной зоне. Разница полюсного и экваториального радиусов составляет 21 км. На самом же деле форма Земли не сфероид, более близкая модель - геоид.

В 18763 г. немецкий физик Листинг назвал фигуру Земли геоидом (землеподобный).

Не возмущенная ветровыми течениями поверхность океанов в точно­сти совпадает с поверхностью геоида. Это та же поверхность, от которой ве­дется отсчет высот рельефа.

В настоящее время установлено, что северный полюс Земли выше южного на 30м. (кардиоид).

В России принимается эллипсоид Красовского, основные параметры которого подтверждаются с помощью геодезических спутников и орбитальных станций с точностью до десятков сантиметров. Так радиус экв. равен 6378,245 км, радиус пол.- 6356,863 км, полярное сжатие 1/298,25.

Объём Земли составляет 1,083х1012 км.3, масса - 6х1027. Ускорение си­лы тяжести на полюсе 983см/с2, на экваторе - 978см/с2. Площадь поверхно­сти Земли составляет около 510млн. км.

Вопрос о форме Земли не закрыт до сих пор. Продолжается уточнение моделей Земли.

Для большинства практических приложений можно использовать эллиптическую модель. Однако для многих теоретических задач необходимы более совершенные модели чем Эллипсоид, геоид, кардиоид.

Установленная шарообразная форма Земли и её действительные разме­ры имеют важное природное значение:

1. Из-за шарообразности поверхности Земли в один и тот же момент солнечные лучи падают на Землю на разных широтах под разными углами, что вызывает неоднородность в распределении температуры почвы и воздуха и приводит к географической зональности.

2. Именно такие размеры и масса Земли благоприятны для современной атмосферы. Если бы размеры были меньше, атмосфера бы не удержалась, и наоборот, если бы размеры были бы значительно больше, утечки водорода из атмосферы не наблюдались бы и, поэтому её состав был бы водородно-гелевый, т.е. непригодный для человека.