Фигура Земли


Фигура Земли — это термин в геодезии , который относится к размеру и форме, используемой для моделирования Земли . Размер и форма, к которым он относится, зависят от контекста, включая точность, необходимую для модели. Сфера представляет собой приближение к фигуре Земли, которое подходит для многих целей. Было разработано несколько моделей с большей точностью, чтобы системы координат могли служить точным потребностям навигации , геодезии , кадастра , землепользования и различных других задач.

Топографическая поверхность Земли проявляется в разнообразии форм суши и акваторий. Эта топографическая поверхность обычно вызывает озабоченность у топографов, гидрографов и геофизиков . Хотя это поверхность, на которой проводятся измерения Земли, ее математическое моделирование с учетом неровностей было бы чрезвычайно сложным.

Пифагорейская концепция сферической Земли предлагает простую поверхность, с которой легко работать математически. Многие астрономические и навигационные вычисления используют сферу для моделирования Земли в качестве близкого приближения. Однако более точная цифра необходима для измерения расстояний и площадей в масштабе, выходящем за рамки чисто местного. Лучшее приближение можно получить, моделируя всю поверхность как сплюснутый сфероид , используя сферические гармоники для аппроксимации геоида или моделируя область с помощью наиболее подходящего эталонного эллипсоида .

Для съемки небольших территорий достаточно плоской (плоской) модели земной поверхности, потому что местная топография подавляет кривизну. Съемка с помощью планшета производится для относительно небольших площадей без учета размеров и формы всей Земли. Например, таким образом может быть проведено обследование города.

К концу 1600-х годов серьезные усилия были направлены на моделирование Земли как эллипсоида, начиная с измерения Жаном Пикардом градуса дуги вдоль парижского меридиана . Улучшенные карты и более точное измерение расстояний и площадей национальных территорий мотивировали эти ранние попытки. В последующие века инструменты и методы геодезии улучшились. Модели фигуры земли совершенствовались поэтапно.

В середине-конце 20-го века исследования в области наук о земле способствовали резкому повышению точности изображения Земли. Основная польза от этой повышенной точности заключалась в предоставлении географических и гравитационных данных для инерциальных систем наведения баллистических ракет . Это финансирование также способствовало расширению геолого-геофизических дисциплин, способствуя созданию и развитию различных геолого-геофизических факультетов во многих университетах. [1] Эти разработки также принесли пользу многим гражданским занятиям, таким как управление погодой и спутниками связи и определение местоположения GPS , что было бы невозможно без высокоточных моделей фигуры Земли.


Вид на залив шириной 20 км на побережье Испании . Кривизна Земли очевидна на горизонте по всему изображению, а основания зданий на дальнем берегу находятся ниже этого горизонта и скрыты морем.
Сплюснутый сфероид , сильно преувеличенный по сравнению с настоящей Землей.
Масштабная диаграмма сплюснутости опорного эллипсоида IERS 2003 г., где север вверху. Внешний край темно-синей линии представляет собой эллипс с таким же эксцентриситетом , как у Земли. Для сравнения, голубой круг внутри имеет диаметр, равный малой оси эллипса . Красная кривая представляет собой линию Кармана на высоте 100 км (62 мили) над уровнем моря , а желтая полоса обозначает диапазон высот МКС на низкой околоземной орбите .
Волнистость геоида в искусственном цвете, затененном рельефе и вертикальном преувеличении (масштабный коэффициент 10000).
Волнистость геоида в искусственном цвете в масштабе.
Местная касательная плоскость.
Эллипсоид и соприкасающаяся сфера.