Современные воззрения на форму Земли

Физическая (топографическая) поверхность Земли образует фигуру неправильной, сложной формы. На физической поверхности встречаются самые различные неровности: горы, хребты, долины, котловины и т. д. Описать такую фигуру при помощи каких-либо аналитических зависимостей невозможно. В то же время для решения геодезических задач в конечном виде необходимо основываться на определенной математически строгой фигуре – только тогда возможно получение расчетных формул. Исходя из этого, задачу по определению формы и размеров Земли принято делить на две части:

1) установление формы и размеров некоторой типичной фигуры, представляющей Землю в общем виде;

2) изучение отступлений физической поверхности Земли от этой типичной фигуры.

Известно, что 71 % земной поверхности покрывают моря и океаны, суши – только 29 %. Поверхность же морей и океанов характерна тем, что она в любой точке перпендикулярна к отвесной линии, т. е. направлению действия силы тяжести (если вода находится в спокойном состоянии). Направление действия силы тяжести можно установить в любой точке и соответственно построить поверхность, перпендикулярную к направлению этой силы. Замкнутая поверхность, которая в любой точке перпендикулярна к направлению действия силы тяжести, т. е. перпендикулярна к отвесной линии, называется уровенной поверхностью.

В 1873 г. физик И.Б. Листинг предложил использовать для описания формы Земли понятие «геоид» (от греч. «ге» – земля и «ейдос» – вид). Таким образом получилось, что форма Земли «землеподобна».

Под геоидом понимается уровенная поверхность морей и океанов (без приливов-отливов, сгонов и нагонов), мысленно продолженная под материками. Во всех точках уровенной поверхности геоида отвесная линия перпендикулярна касательной к данной точке. Геоид – всюду выпуклая поверхность. Очевидно, что форма геоида связана с распределением масс в теле Земли, вращением ее вокруг оси, взаимодействием сил тяжести и центробежных сил. Поэтому фигура геоида оказалась достаточно сложной и, как позднее установили, принципиально неопределимой. В связи с этим выдающийся отечественный ученый М.С. Молоденский предложил перейти к поверхности «квазигеоида» (якобы «геоида»), которая однозначно определяется по наземным измерениям и совпадает с геоидом на морях и океанах, а также очень близко подходит к нему на суше.

Для научного и практического использования выбрана простая математическая аппроксимация фигуры Земли – земной эллипсоид, или эллипсоид вращения, размеры которого подбираются при условии наилучшего соответствия фигуре квазигеоида для Земли в целом или отдельных ее частей. Эллипсоид, подходящий для всей Земли, называют «общеземным эллипсоидом», а для территории отдельной страны или нескольких стран – «референц-эллипсоидом».

В 1940 г. отечественные ученые Ф.Н. Красовский и А.А. Изотов завершили вычисление размеров референц-эллипсоида для геодезических построений и картографирования территории бывшего СССР. В 1946 г. он был введен законодательно для всеобщего использования.

Параметры эллипсоида Красовского таковы:

большая полуось а = 6 378 245,000 м;

малая полуось b = 6 356 863,019 м;

сжатие а = (а – b)/а = 1:298,3;

первый эксцентриситет = 0,08181333.

Как видно, Земля очень мало отличается от шара с радиусом 6 371,032 км.