Геопотенциал
Геопотенциал – это потенциал гравитационного поля Земли . Для удобства его часто определяют как отрицательное значение потенциальной энергии на единицу массы , так что вектор гравитации получается как градиент этого потенциала без отрицания.
Для геофизических приложений гравитация отличается от гравитации . Гравитация определяется как равнодействующая силы гравитации и центробежной силы , вызванной вращением Земли . Точно так же соответствующие скалярные потенциалы могут быть добавлены, чтобы сформировать эффективный потенциал , называемый геопотенциалом, . Средняя глобальная поверхность моря близка к одной из изоповерхностей геопотенциала. Эта эквипотенциальная поверхность , или поверхность постоянного геопотенциала, называется геоидом . [1]Как гравитационная сила и центробежная сила складываются в силу, ортогональную геоиду, показано на рисунке (не в масштабе). На широте 50 градусов отклонение между гравитационной силой (красная линия на рисунке) и местной вертикалью (зеленая линия на рисунке) фактически составляет 0,098 градуса. Для движущейся точки массы (атмосферы) центробежная сила уже не совпадает с гравитационной, а сумма векторов не совсем ортогональна поверхности Земли. Это является причиной эффекта Кориолиса для движения атмосферы.
Геоид представляет собой слегка волнистую поверхность из-за неравномерного распределения массы внутри Земли; Однако его можно аппроксимировать эллипсоидом вращения , называемым эталонным эллипсоидом . Наиболее широко используемый в настоящее время эталонный эллипсоид Геодезической системы отсчета 1980 года ( GRS80 ) аппроксимирует геоид с точностью чуть более ± 100 м. Можно построить простую модель геопотенциала , которая имеет в качестве одной из своих эквипотенциальных поверхностей этот эталонный эллипсоид с тем же модельным потенциалом , что и истинный потенциал геоида; эта модель называется нормальным потенциалом . Разность называется возмущающим потенциалом. Многие наблюдаемые величины гравитационного поля, такие как гравитационные аномалии и отклонения отвеса, могут быть выражены в этом возмущающем потенциале.
В практических наземных работах, например, нивелировании , используется альтернативный вариант геопотенциала, называемый числом геопотенциала , который отсчитывается от геоида вверх:
где – геопотенциал геоида.
Для целей спутниковой орбитальной механики геопотенциал обычно описывается разложением ряда по сферическим гармоникам ( спектральное представление). При этом под геопотенциалом понимается потенциал гравитационного поля Земли, т. е. без учета центробежного потенциала.
