جيويد الأرض. ما هو الجيود؟ تعريف الجيود

إن دوران الأرض حول محورها يخلق قوة طرد مركزي: كلما اقتربنا من خط الاستواء، كلما زادت قوة سحب مادة كوكبنا "للخارج".

على مدى ملايين السنين، تغير شكل دوران الأرض حول محورها - مثل قطرة ماء طائرة. في عام 1924، قرر الاتحاد الجيوديسي والجيوفيزيائي الدولي أن شكل كوكبنا يوصف بدقة أكبر من خلال سطح هندسي متماثل - الشكل الإهليلجي الدولي.

ومع ذلك، فمن المعروف منذ عدة سنوات أن الشكل الحقيقي بعيد كل البعد عن الشكل الإهليلجي. ويتجلى ذلك من خلال بيانات الأقمار الصناعية التي قدمت صورًا أكثر دقة لسطحه.

إن الشكل الجيولوجي للأرض يشبه قطرة الماء

ولأن المناطق البارزة تجعل من الصعب تحديد شكلها بدقة، فقد طور العلماء نموذجًا نظريًا للأرض المغطاة بالكامل بالمياه استنادًا إلى متوسط ​​مستوى سطح البحر. سطح هذا الجسم، مثل سطح الماء، أملس وموحد. كان يطلق عليه جيويد الأرض.

ومن الغريب أنه حتى مثل هذا الجسم المجرد له شكل معقد إلى حد ما - مع نتوءات ومنخفضات بسعة تصل إلى 100 متر، على سبيل المثال، يقع الجنوب في حفرة يبلغ طولها مائة متر، وإندونيسيا على تل يبلغ ارتفاعه 75 مترًا؛ يوجد في وسط المحيط الهادئ نتوء آخر - 100 متر فوق السطح المحيط.

يدرس العلماء بالتفصيل بنية وتكوين اللب، ولا سيما عدم تجانس الجاذبية، والذي يمكن أن يظهر نفسه من الخارج. ومن المعروف أن كتلة القشرة الأرضية تتوزع بشكل غير متساو، وهذا يؤثر أيضاً على قوة الجاذبية. في بعض الأماكن، على سبيل المثال تحت المحيطات، يبلغ سمك القشرة بضعة كيلومترات فقط، ولكن تحت سلاسل الجبال يكون أكبر بكثير.

في بعض المناطق تكون الصخور ثقيلة (عالية الكثافة)، بينما في مناطق أخرى تكون أخف بكثير. على الأرض، الجاذبية أعلى من المتوسط. هنا يشكل الجيود الأرضي منخفضات وفي منطقة المحيط - نتوءات.

للتقريب الأول، يمكن اعتبار الأرض كرة. في التقريب الثاني، تعتبر الأرض شكلًا إهليلجيًا للثورة؛ في بعض الدراسات يعتبر إهليلجي ذو محورين. الجيود-وهو جسم مقبول كشكل نظري للأرض، محدود بسطح المحيطات في حالتها الهادئة، ويستمر تحت القارات.ونظرًا للتوزيع غير المتساوي للكتل في القشرة الأرضية، فإن الجيود له شكل هندسي غير منتظم، وشكله لا يمكن التعبير عن السطح رياضيا، وهو أمر ضروري لحل المسائل الجيوديسية. عند حل المشكلات الجيوديسية، يتم استبدال الجيود بأسطح منتظمة هندسيًا قريبة منه. لذلك، بالنسبة للحسابات التقريبية، يتم أخذ الأرض ككرة يبلغ نصف قطرها 6371 كم. يقترب الشكل الإهليلجي من شكل المجسم الأرضي - وهو الشكل الذي يتم الحصول عليه عن طريق تدوير القطع الناقص (الشكل 2.1) حول محوره الصغير. تتميز أبعاد الشكل الإهليلجي للأرض بالمعلمات الأساسية التالية: أ- نصف المحور الرئيسي، ب المحور شبه الأصغر،   الضغط القطبي و ه– الانحراف الأول من القطع الناقص الزوال، أين و.

يتم التمييز بين المجسم الإهليلجي الأرضي المشترك والمجسم الإهليلجي المرجعي.

مركز الأرض الإهليلجية المشتركةيتم وضعها في مركز كتلة الأرض، ويتم محاذاة محور الدوران مع متوسط ​​محور دوران الأرض، ويتم أخذ الأبعاد لضمان أكبر قرب من سطح الشكل الإهليلجي من سطح مجسم الأرض. يُستخدم الشكل الإهليلجي العالمي في حل المشكلات الجيوديسية العالمية، وعلى وجه الخصوص، في معالجة قياسات الأقمار الصناعية. حاليًا، يتم استخدام مجسمين إهليلجيين عالميين على نطاق واسع: PZ-90 (معلمات الأرض 1990، روسيا) وWGS-84 (النظام الجيوديسي العالمي 1984، الولايات المتحدة الأمريكية).

المرجع الإهليلجي– شكل إهليلجي معتمد للعمل الجيوديسي في بلد معين. ويرتبط نظام الإحداثيات المعتمد في الدولة بالمجسم الإهليلجي المرجعي. يتم اختيار معلمات الشكل الإهليلجي المرجعي بشرط أفضل تقريب لجزء معين من سطح الأرض. في هذه الحالة، لا تتم محاذاة مراكز القطع الناقص والأرض.

في روسيا، منذ عام 1946، تم استخدام الشكل الإهليلجي المرجعي الشكل الإهليلجي لكراسوفسكي مع المعلمات: أ= 6,378,245 م، أ = 1/298.3.

2. أنظمة الإحداثيات في الجيوديسيا. الارتفاعات المطلقة والنسبية.

أنظمة الإحداثيات المستخدمة في الجيوديسيا

لتحديد موضع النقاط في الجيوديسيا، يتم استخدام الإحداثيات المكانية المستطيلة والجيوديسية والمستطيلة المسطحة.

الإحداثيات المستطيلة المكانية. يقع أصل نظام الإحداثيات في المركز ياالشكل الإهليلجي للأرض (الشكل 2.2).

محور زموجهة على طول محور دوران الشكل الناقص إلى الشمال. محور Xتقع عند تقاطع المستوى الاستوائي مع خط الطول الرئيسي لغرينتش. محور يموجهة بشكل عمودي على المحاور زو Xإلى الشرق.

الإحداثيات الجيوديسية. الإحداثيات الجيوديسية لنقطة ما هي خط العرض وخط الطول والارتفاع (الشكل 2.2).

خط العرض الجيوديسي نقاطمتسمى زاوية في، يتكون من العمودي على سطح الشكل الإهليلجي الذي يمر عبر نقطة معينة والمستوى الاستوائي.

ويقاس خط العرض من خط الاستواء شمالا وجنوبا من صفر إلى 90 درجة ويسمى شمالا أو جنوبا. يعتبر خط العرض الشمالي إيجابيا وخط العرض الجنوبي سلبيا.

المستويات المقطعية للمجسم الإهليلجي التي تمر عبر المحور أوقية، وتسمى خطوط الطول الجيوديسية.

خط الطول الجيوديسينقاط متسمى زاوية ثنائية السطوح ل، مكونة من مستويات خط الطول الجيوديسي الأولي (غرينتش) وخط الطول الجيوديسي لنقطة معينة.

يتم قياس خط الطول من خط الطول الرئيسي في النطاق من 0° إلى 360° شرقاً، أو من 0° إلى 180° شرقاً (إيجابي) ومن 0° إلى 180° غرباً (سلبي).

ارتفاع النقطة الجيوديسية مهو ارتفاعه نفوق سطح الشكل الإهليلجي للأرض.

ترتبط الإحداثيات الجيوديسية والإحداثيات المستطيلة المكانية بالصيغ

س =(ن+ح) كوس بكوس ل, ص=(ن+ح) كوس بخطيئة ل, ض=[(1  ه 2 )ن+ح] خطيئة ب,

أين هالانحراف الأول من القطع الناقص الزوال و ن  نصف قطر انحناء العمودي الأول. حيث ن= أ/ (1ه 2 الخطيئة 2 ب) 1/2 . يتم تحديد الإحداثيات الجيوديسية والمكانية المستطيلة للنقاط باستخدام القياسات الفضائية، وكذلك من خلال ربطها مع القياسات الجيوديسية بالنقاط ذات الإحداثيات المعروفة. لاحظ أنه، إلى جانب الجيوديسيا، هناك أيضًا خطوط الطول والعرض الفلكية. خط العرض الفلكي هذه هي الزاوية التي يصنعها خط راسيا عند نقطة معينة مع مستوى خط الاستواء. خط الطول الفلكي - الزاوية بين مستويي خط زوال غرينتش وخط الطول الفلكي الذي يمر عبر خط راسيا عند نقطة معينة. يتم تحديد الإحداثيات الفلكية على الأرض من خلال الأرصاد الفلكية، وتختلف الإحداثيات الفلكية عن الإحداثيات الجيوديسية لأن اتجاهات الخطوط الراسية لا تتطابق مع اتجاهات الخطوط المستقيمة إلى سطح الشكل الإهليلجي. تسمى الزاوية بين اتجاه العمود العمودي على سطح الشكل الإهليلجي والخط الراسيا عند نقطة معينة على سطح الأرض انحراف الخط الراسيا.

تعميم الإحداثيات الجيوديسية والفلكية هو المصطلح - الإحداثيات الجغرافية.

إحداثيات المستطيلة المستوية. لحل مشاكل الجيوديسيا الهندسية، ينتقلون من الإحداثيات المكانية والجيوديسية إلى الإحداثيات الأبسط - الإحداثيات المسطحة، والتي تجعل من الممكن تصوير التضاريس على مستوى وتحديد موضع النقاط باستخدام إحداثيتين Xو في.

وبما أن السطح المحدب للأرض لا يمكن تصويره على مستوى دون تشويه، فإن إدخال الإحداثيات المسطحة ممكن فقط في مناطق محدودة حيث تكون التشوهات صغيرة جدًا بحيث يمكن إهمالها. في روسيا، تم اعتماد نظام الإحداثيات المستطيلة، والذي يعتمد على الإسقاط الغوسي المستعرض المتساوي الزوايا. يتم تصوير سطح الشكل الإهليلجي على مستوى في أجزاء تسمى المناطق. وهذه المناطق عبارة عن مثلثات كروية، تحدها خطوط الطول، وتمتد من القطب الشمالي إلى الجنوب (الشكل 2.3). حجم المنطقة على خط الطول هو 6 درجات. ويسمى خط الطول المركزي لكل منطقة بخط الطول المحوري. يتم ترقيم المناطق من غرينتش إلى الشرق.

خط الطول لخط الطول المحوري للمنطقة ذات الرقم N يساوي:

 0 = 6 N  3 .

تم تصوير خط الطول المحوري للمنطقة وخط الاستواء على المستوى بخطوط مستقيمة (الشكل 2.4). يتم أخذ خط الطول المحوري كمحور الإحداثي س، وخط الاستواء يقع خلف المحور الإحداثي ذ. تقاطعهم (نقطة يا) بمثابة أصل الإحداثيات لهذه المنطقة.

لتجنب قيم الإحداثيات السلبية، يجب أن تكون إحداثيات التقاطع س 0 = 0, ذ 0 = 500 كم، وهو ما يعادل إزاحة المحور X 500 كم غربا.

بحيث يمكن من خلال الإحداثيات المستطيلة لنقطة ما الحكم على المنطقة التي تقع فيها، إلى الإحداثي ذتم تعيين رقم منطقة الإحداثيات على اليسار.

لنفترض، على سبيل المثال، إحداثيات نقطة ما ألديك النموذج:

س أ = 6,276,427 م، ذ أ= 12,428,566 م

وتشير هذه الإحداثيات إلى أن هذه النقطة أتقع على مسافة 6276427 م من خط الاستواء في الجزء الغربي ( ذ 500 كم) من منطقة الإحداثيات الثانية عشرة، على مسافة 500000 - 428566 = 71434 م من خط الطول المحوري. بالنسبة للإحداثيات المكانية المستطيلة والجيوديسية والمسطحة المستطيلة في روسيا، تم اعتماد نظام إحداثيات موحد SK-95، مثبت على الأرض بواسطة نقاط الشبكة الجيوديسية الحكومية ويتم بناؤه وفقًا للقياسات الفضائية والأرضية اعتبارًا من عام 1995

أنظمة الارتفاع

يتم حساب الارتفاعات في الجيوديسيا الهندسية من أحد الأسطح المستوية. ارتفاع النقطةاستدعاء المسافة على طول خط راسيا من نقطة إلى سطح مستو، تؤخذ كبداية لحساب الارتفاعات.

الارتفاعات مطلقةإذا تم قياسها من سطح المستوى الرئيسي، أي من سطح الجيود. في التين. 2.5 قطاعات خط راسيا اهو ت- الارتفاعات المطلقة للنقاط أو في.

تسمى المرتفعات مشروطة ،إذا تم تحديد أي سطح مستوٍ آخر كنقطة بداية لحساب الارتفاعات. في التين. 2.5 قطاعات خط راسيا اه و ت - ارتفاعات مشروطة من النقاط أو في.

مقبولة في روسيا نظام ارتفاع البلطيقيتم حساب الارتفاعات المطلقة من سطح المستوى. عادة ما يتم استدعاء القيمة العددية للارتفاع علامة.على سبيل المثال، إذا كان ارتفاع نقطة أيساوي ح أ= 15.378 م، فنقول أن ارتفاع النقطة هو 15.378 م.

يسمى الفرق في الارتفاع بين نقطتين يتجاوز. لذلك، تجاوز هذه النقطة فيفوق النقطة أيساوي

ح أ.ب = ح في  ح أ .

معرفة ارتفاع النقطة أ، لتحديد ارتفاع نقطة ما فييتم قياس التجاوز على الأرض ح أ.ب. ارتفاع النقطة فيتحسب بواسطة الصيغة

ح في = ح أ + ح أ.ب .

يسمى قياس الارتفاعات والحساب اللاحق لارتفاعات النقاط التسوية.

يجب تمييز الارتفاع المطلق لنقطة ما عن ارتفاعها الجيوديسيةالارتفاع، أي الارتفاع المقاس من سطح الشكل الإهليلجي للأرض (انظر القسم 2.2). ويختلف الارتفاع الجيوديسي عن الارتفاع المطلق بمقدار انحراف السطح الجيوديسي عن السطح الإهليلجي.

ما هو الجيويد؟

لا أدري:
هل تعتقد حقا أن الأرض كرة؟ أتساءل لماذا توصلوا إلى مصطلح "الجيويد" لشكل الأرض؟

أقوى الجاذبية تكون في المناطق الملونة باللون الأصفر، وأضعفها في المناطق الزرقاء. تم تعزيز تضاريس الجيود بشكل متعمد - لمزيد من الوضوح، يتم مضاعفة الاختلافات في الارتفاع بمقدار 10 آلاف مرة.

لا أدري:
لماذا توصلوا إلى اسمهم الخاص لشكل الأرض - الجيود، إذا كانت انحرافات شكل الأرض عن الكرة صغيرة جدًا (في رأيك) بحيث يمكن إهمالها؟
وأعني بشكل الأرض السطح الذي يحد من حجم الأرض.

يعتقد الكثير من الناس أن هذه الصورة تظهر ارتياح الكرة الأرضية.
ولكن هذا ليس صحيحا. هذا هو الجيود.

لا أدري:
شيء جديد. يشرح. إذا لم يكن الجيود سطحًا يحد من حجم الأرض، فما هو في رأيك؟

الجيود (حرفيا "شيء مثل الأرض") هو جسم هندسي يعكس خصائص الجاذبية المحتملة على الأرض (بالقرب من سطح الأرض).

لن يتمكن كل شخص ليس مساحًا أو طبوغرافيًا أو جيولوجيًا من فهم ما تعنيه هذه المصطلحات الصعبة.

لذلك دعونا نحاول شرح الأمر بشكل أكثر بساطة.

الجيود هو شكل معقد يتكون من سطح مستوى المياه في المحيط العالمي، ويستمر تحت القارات. هذا السطح عمودي (طبيعي) على ناقل الجاذبية في جميع النقاط. يتم توجيه الخط الراسيا بشكل عمودي على سطح الجيود وليس إلى مركز الأرض! ويرجع ذلك إلى حقيقة أن كثافة الأرض موزعة بشكل غير متساو.

أي أنها شخصية خيالية غير موجودة في الواقع.

الجيود ليس تضاريس سطح الأرض. يمكن أن نرى أنه في جبال الهيمالايا هناك انخفاض في مستوى السطح على الجيود، على الرغم من أن هذه هي أعلى الجبال على الأرض من حيث التضاريس.

وما كان يقصده دونو هو سطح الأصداف الصلبة والسائلة للأرض.

هذا ما تبدو عليه الأرض من الفضاء.

هذا التمثيل لكوكبنا مناسب تمامًا للمشكلات التي لا تتجاوز فيها دقة الحسابات 0.5٪. في الواقع، الأرض ليست كرة مثالية. بسبب الدوران اليومي، يتم تسطيحها عند القطبين؛ ارتفاعات القارات مختلفة. تشوهات المد والجزر تشوه أيضًا شكل السطح. في الجيوديسيا والملاحة الفضائية، عادةً ما يتم اختيار المجسم الإهليلجي للثورة أو المجسم الجيودي لوصف شكل الأرض. ويرتبط نظام الإحداثيات الفلكية بالمجسم الأرضي، ويرتبط نظام الإحداثيات الجيوديسية بالمجسم الإهليلجي للدوران.

كل ما تناولناه حتى الآن يتعلق بالسطح الصلب والسائل للكوكب.

ولكن يوجد على الأرض أيضًا غلاف غازي للكوكب يسمى الغلاف الجوي.

علاوة على ذلك، ليس للغلاف الجوي حدود واضحة مع الفضاء الخارجي.

خط كرمان هو ارتفاع فوق مستوى سطح البحر، وهو مقبول تقليديًا باعتباره الحد الفاصل بين الغلاف الجوي للأرض والفضاء.
ووفقا لتعريف الاتحاد الدولي للطيران (FAI)، يقع خط كرمان على ارتفاع 100 كيلومتر فوق مستوى سطح البحر.
تم تسمية الارتفاع على اسم ثيودور فون كارمان، وهو عالم أمريكي من أصل مجري. وكان أول من قرر أنه عند هذا الارتفاع تقريبًا يصبح الغلاف الجوي متخلخلًا للغاية بحيث تصبح الملاحة الجوية مستحيلة، نظرًا لأن سرعة الطائرة المطلوبة لإنشاء رفع كافٍ تصبح أكبر من السرعة الكونية الأولى، وبالتالي، من الضروري تحقيق ارتفاعات أعلى. لاستخدام وسائل الملاحة الفضائية.
يستمر الغلاف الجوي للأرض خارج خط كرمان. يمتد الجزء الخارجي من الغلاف الجوي للأرض، وهو الغلاف الخارجي، إلى ارتفاع 10 آلاف كيلومتر أو أكثر، وعلى هذا الارتفاع يتكون الغلاف الجوي بشكل رئيسي من ذرات الهيدروجين القادرة على مغادرة الغلاف الجوي.
كان تحقيق خط كرمان هو الشرط الأول للحصول على جائزة أنصاري إكس، حيث أن هذا هو أساس الاعتراف بالرحلة كرحلة فضائية.

الأرض هي أكبر الكواكب الداخلية وأكثرها كتلة. عند ملاحظته مباشرة على الأرض، يبدو سطح الأرض مسطحًا. هكذا كان يُنظر إليه في العصور القديمة. لقد استغرق الإنسان الكثير من الوقت والجهد للتأكد من أن الأرض كروية. من غير المعروف بالضبط متى ومن فهم هذا لأول مرة، ولا شك أن ذلك كان منذ زمن طويل.

معنى كروية الأرض.حتى القرن الخامس قبل الميلاد. فكرة شكل الأرض كانت مبنية على الإدراك الحسي: فهي تعتبر مسطحة، على شكل قرص، ويحيط بها نهر المحيط الأسطوري. في القرن الرابع. قبل الميلاد. ابتكر الفيثاغوريون عقيدة كروية الأرض. لم تكن مستمدة من الملاحظات التجريبية، ولكنها كانت مبنية على المنطق: الأرض، كجسم مثالي، يجب أن يكون لها أيضًا شكل "مثالي" - كروي. فكرة الشكل الكروي للأرض لم تترسخ على الفور.

تم إنتاجها بعد أن أثبت أرسطو (القرن الرابع قبل الميلاد) أن الأرض كروية. قام إراتوستينس (القرن الثالث قبل الميلاد) بحساب أبعادها، فحصل بشكل مدهش على مسافة قريبة من الطول الفعلي للدائرة الكبرى - حوالي 40 ألف كيلومتر، وانطلق من حقيقة أنه في يوم الانقلاب الصيفي في مدينة سيينا (أزوسين الآن، مصر). ، الشمس في أوجها تنعكس في الآبار العميقة. وفي الإسكندرية (790 كم شمال أسوان)، في هذا الوقت لا تسقط أشعة الشمس عموديا، ولكن بزاوية 7 حوالي 12 بوصة (تم تحديد الزاوية باستخدام سكافيس). اعتبر إراتوستينس المسافة بين الإسكندرية وسوين جزءًا لقوس محيط الأرض والذي يساوي 790 كم، وحددت طول القوس بـ 1° - 107 كم، ثم حددت ما تساويه جميع الـ 360°، أي حصلت على 39500 كم

أحدث مفهوم الأرض الكروية ثورة في النظرة العالمية لفكرة الفضاء وكان له أهمية كبيرة في تطور العلوم الطبيعية والفلسفة.

1. الشكل الكروي ذو الحجم الأدنى يركز الكتلة القصوى للمادة. تنضغط مادة الكوكب، ويتشكل قلب مركزي وأصداف بداخله. يعد هيكل قشرة الأرض أحد أهم خصائصها الأساسية. داخل جسم الأرض تهيمن قوى الجاذبية، وفي الغلاف الجوي تهيمن قوى التماسك.

2. تسقط أشعة الشمس على السطح الكروي عند خطوط عرض مختلفة، وبزوايا مختلفة (الشكل 1.3). وهذا يخلق مجالًا حراريًا كرويًا للأرض - تقل كمية الحرارة من خط الاستواء إلى القطبين، وتتشكل مناطق حرارية - حارة، واثنتان معتدلتان، واثنتان باردتان. إن توزيع الحرارة على سطح الأرض هو السبب الرئيسي لتكوين المناخات.

يحدد الشكل الكروي للكوكب تقسيمه المستمر إلى نصفين نهاريين مضاءين وليلاً غير مضاءين. جنبا إلى جنب مع الدوران حول المحور، يتم تحديد الإيقاع اليومي للنظام الحراري للقذيفة الجغرافية.

الأرض كروية.يتم إنشاء أشكال الكواكب من خلال عمل قوى من نوعين:

أ) الجاذبية التي تشكل شكلًا كرويًا (على الأرض، تكون قوى الجاذبية أكبر بمئات المرات من التصاق الفولاذ؛ وعلى الأجرام السماوية الصغيرة، مثل الكويكبات، تعمل قوى الالتصاق، لذا فإن هذه الأجسام ليس لها شكل كروي)؛

ب) الطرد المركزي من الدوران المحوري، مما يسبب الضغط القطبي (التفلطح) وتحديد الشكل الكروي.

أرز. 1.3. زوايا أشعة الشمس على الكرة
سطح الأرض

أعطت قوة الطرد المركزي الأرض شكل إهليلجي دوراني، يكون سطحه أقرب إلى مركز الأرض عند القطبين وأبعد عنه عند خط الاستواء، مثل سطح الحلقات التي تنضغط أثناء الدوران.

انحراف الشكل الناقص عن الكرة صغير - 21.5 كم فقط عند القطبين (الشكل 1.4). بالنسبة للعمليات التي تحدث في الغلاف الجغرافي، وتوزيع الحرارة، وحركة الكتل الهوائية، واستيطان النباتات والحيوانات، فلا يهم.

أرز. 1.4. شكل الشكل الإهليلجي للأرض. Rn – 6356.8 كم؛ إعادة – 6378.3 كم; إعادة – Rn = 6378.2 – 6356.8 = 21.5 كم

لكن التشوه الكروي ينعكس في تكتونية القشرة الأرضية، وبالتالي على التضاريس.

في عام 1754، تحدث كانط عن احتكاك المد والجزر الذي يبطئ دوران الأرض. وقد ثبت لاحقًا أنه خلال الزمن الجيولوجي (منذ العصر الأركي)، امتد اليوم بحوالي 4 ساعات. هناك تباطؤ طويل الأمد في الدوران المحوري للأرض. وبعد مليار سنة سيزيد طول اليوم إلى 31 ساعة. تم اكتشاف التفلطح القطبي للأرض في القرن السابع عشر. في عام 1672، تم نقل الساعة من باريس إلى كوينا، وكان بندولها يبلغ طوله لدرجة أن فترة التأرجح في باريس كانت تساوي ثانية واحدة. بالقرب من خط الاستواء، بدأت الساعات تتأخر بمقدار دقيقتين في اليوم، وكان لا بد من تقصير البندول بمقدار 2 ملم. وفسر نيوتن هذه الظاهرة بانخفاض الجاذبية عند خطوط العرض الاستوائية مقارنة بمتوسطها، والذي يحدث بسبب ضغط الأرض من القطبين وتراجعها على طول خط الاستواء.

تم تنفيذ العمل الجيوديسي تحت قيادة ف.ن. وأظهر كراسوفسكي أن فكرة شكل الأرض كرويًا ليست كافية. إن أنصاف المحاور الاستوائية أو نصف القطر للكرة الأرضية ليست هي نفسها.

ويلاحظ المد والجزر ليس فقط في البحر، ولكن أيضا على الأرض. ففي منطقة موسكو مثلاً يرتفع وينخفض ​​سطح الأرض بحوالي 1040 سم مرتين يومياً، لكننا لا نشعر بذلك.

الأرض جيويدية.بالإضافة إلى قوى الجاذبية، يتم تحديد شكل الأرض أيضًا من خلال توزيع الصخور الثقيلة والخفيفة نسبيًا في جسمها، حيث ترتبط قيمة الجاذبية بكثافتها. في الأماكن التي تتراكم فيها الصخور الثقيلة، يجب أن ينحسر سطح الشكل باتجاه مركز الكوكب، وحيث تتراكم الصخور ذات الكثافة المنخفضة - من المركز.

شخصية الكوكبوليس سطحها المادي مع الجبال والسهول المنخفضة هو ما يسمى؛ هذا سطح مستو نظري، وهو في كل مكان عمودي على اتجاه الجاذبية أو راسيا. يُطلق عليه اسم الجيود (والذي يعني حرفيًا شكل الأرض)، ولا يتطابق شكل الأرض مع أي شكل رياضي وهو فردي بحت.

في السنوات الأخيرة، تم اكتشاف أن الأرض على شكل كمثرى قليلاً: في خطوط العرض الوسطى لنصف الكرة الجنوبي، يكون سطح الجيود أعلى قليلاً (20 مترًا) من الشكل الكروي. عند خط الاستواء يتزامنان، وفي خطوط العرض الوسطى لنصف الكرة الشمالي يكون الجيود أقل من الشكل الكروي. يرتفع القطب الشمالي بمقدار 15 مترًا، وينخفض ​​القطب الجنوبي بمقدار 20 مترًا، وتقع القارة القطبية الجنوبية بأكملها على بعد 30 مترًا تحت الشكل الإهليلجي.

بالقرب من مكتبة الإسكندرية، أثناء موقع الشمس فوق سيينا في ذروتها، تمكن من قياس طول خط الطول للأرض وحساب نصف قطر الأرض. كان نيوتن هو أول من أظهر أن شكل الأرض يجب أن يكون مختلفًا عن شكل الكرة.

ومن المعروف أن الكوكب تشكل تحت تأثير قوتين - قوة التجاذب المتبادل بين جزيئاته وقوة الطرد المركزي الناشئة عن دوران الكوكب حول محوره. الجاذبية هي نتيجة هاتين القوتين. تعتمد درجة الضغط على السرعة الزاوية للدوران: كلما زاد دوران الجسم، زاد تسطيحه عند القطبين.

أرز. 2.1. دوران الأرض

يمكن تفسير مفهوم شكل الأرض بشكل مختلف اعتمادًا على المتطلبات المفروضة على دقة حل مشكلات معينة. في بعض الحالات، يمكن اعتبار الأرض كطائرة، في حالات أخرى - ككرة، في حالات أخرى - كإهليلجي ثنائي المحور للدوران مع ضغط قطبي منخفض، في الأرباع - كإهليلجي ثلاثي المحاور.

أرز. 2.2. السطح المادي للأرض ( عرض من الفضاء)

تشكل الأرض حوالي ثلث إجمالي سطح الأرض. وترتفع عن سطح البحر بمعدل 900 - 950 م، وبالمقارنة مع نصف قطر الأرض (R = 6371 كم)، فهذه قيمة صغيرة جداً. وبما أن معظم سطح الأرض تشغله البحار والمحيطات، فيمكن اعتبار شكل الأرض سطحًا مستويًا يتطابق مع السطح غير المضطرب للمحيط العالمي ويستمر عقليًا تحت القارات. قائمة العلماء، وكان يسمى هذا الرقم Geoid .
يسمى الشكل الذي يحده سطح مستو يتطابق مع سطح مياه المحيط العالمي في حالة هدوء متواصل عقليا تحت القارات Geoid .
يشير المحيط العالمي إلى أسطح البحار والمحيطات المتصلة ببعضها البعض.
يكون سطح الجيود عموديًا على الخط الراسيا في جميع النقاط.
ويعتمد شكل الجيود على توزيع الكتل والكثافات في جسم الأرض. ليس لديه تعبير رياضي دقيق وغير قابل للتحديد عمليًا، وبالتالي في القياسات الجيوديسية، بدلاً من الجيود، يتم استخدام تقريبه - شبه الجيود -. شبه شبه، على عكس الجيود، يتم تحديده بشكل فريد من خلال نتائج القياسات، ويتزامن مع الجيود الموجود على أراضي المحيط العالمي وهو قريب جدًا من الجيود على الأرض، ولا ينحرف سوى بضعة سنتيمترات على التضاريس المسطحة ولا يزيد عن 2 متر في الجبال العالية.
لدراسة شكل كوكبنا، عليك أولاً تحديد شكل وأبعاد نموذج معين، والذي تمت دراسة سطحه جيدًا نسبيًا هندسيًا ويميز بشكل كامل شكل وأبعاد الأرض. بعد ذلك، مع اعتبار هذا الرقم الشرطي هو الرقم الأصلي، يتم تحديد ارتفاعات النقاط بالنسبة له. ولحل العديد من المسائل الجيوديسية، تم أخذ نموذج الأرض القطع الناقص للثورة (شبه الكروي).

اتجاه الخط الشاقول واتجاه العمودي (المتعامد) على سطح الشكل الناقص عند نقاط على سطح الأرض لا يتطابقان ويشكلان زاوية ε ، مُسَمًّى انحراف الخط الراسيا . ترجع هذه الظاهرة إلى حقيقة أن كثافة الكتل في جسم الأرض ليست هي نفسها وأن الخط الراسيا ينحرف نحو كتل أكثر كثافة. في المتوسط، تبلغ قيمته 3 - 4"، وفي أماكن الشذوذ تصل إلى عشرات الثواني. سينحرف مستوى سطح البحر الفعلي في مناطق مختلفة من الأرض بأكثر من 100 متر عن الشكل الإهليلجي المثالي.

أرز. 2.3. العلاقة بين أسطح الجيود والمجسم الإهليلجي للأرض.
1) المحيط العالمي. 2) الشكل الإهليلجي للأرض. 3) خطوط راسيا. 4) جسم الأرض. 5) الجيود

لتحديد حجم الشكل الإهليلجي للأرض على الأرض، تم إجراء قياسات بدرجة خاصة (تم تحديد المسافة على طول قوس الزوال بمقدار 1 درجة). على مدار قرن ونصف (من 1800 إلى 1940)، تم الحصول على أحجام مختلفة من القطع الناقص للأرض (الإهليلجيات من ديليمبرت (دالمبرت)، بيسيل، هايفورد، كلارك، كراسوفسكي، إلخ).
يمتلك الشكل الإهليلجي لديليمبرت أهمية تاريخية فقط كأساس لإنشاء النظام المتري للقياسات (على سطح الشكل الإهليلجي لديليمبرت، مسافة متر واحد تساوي جزءًا من عشرة ملايين من المسافة من القطب إلى خط الاستواء).
يُستخدم مجسم كلارك الإهليلجي في الولايات المتحدة الأمريكية وأمريكا اللاتينية وأمريكا الوسطى وبلدان أخرى. في أوروبا، يتم استخدام الشكل الناقص هايفورد. تمت التوصية به أيضًا باعتباره مقياسًا دوليًا، ولكن تم الحصول على معلمات هذا الشكل الناقص من قياسات تم إجراؤها فقط في الولايات المتحدة، علاوة على ذلك، تحتوي على أخطاء كبيرة.
حتى عام 1942، تم استخدام الشكل الناقص بيسيل في بلدنا. في عام 1946، تمت الموافقة على أبعاد المجسم الإهليلجي الأرضي لكراسوفسكي للعمل الجيوديسي على أراضي الاتحاد السوفيتي وما زالت سارية على أراضي أوكرانيا.
يسمى الشكل الناقص، الذي تستخدمه دولة معينة، أو مجموعة منفصلة من الدول، لتنفيذ الأعمال الجيوديسية وإسقاط النقاط على السطح المادي للأرض على سطحها الاهليلجي المرجعي. يعمل الشكل الإهليلجي المرجعي كسطح رياضي مساعد يتم من خلاله توجيه نتائج القياسات الجيوديسية على سطح الأرض. النموذج الرياضي الأكثر نجاحًا للأرض في أراضينا في شكل شكل إهليلجي مرجعي اقترحه الأستاذ. إف إن كراسوفسكي. يعتمد نظام الإحداثيات الجيوديسية بولكوفو-1942 (SK-42)، والذي تم استخدامه في أوكرانيا لإنشاء الخرائط الطبوغرافية من عام 1946 إلى عام 2007، على هذا الشكل الإهليلجي.

أبعاد الشكل الإهليلجي للأرض حسب كراسوفسكي

المحور شبه الأصغر (نصف القطر القطبي)
المحور شبه الرئيسي (نصف القطر الاستوائي)
متوسط ​​نصف قطر الأرض مأخوذًا على شكل كرة
الضغط القطبي (نسبة فرق شبه المحور إلى المحور شبه الرئيسي)
مساحة سطح الأرض	510083058 كيلومتر مربع
طول ميريديان
طول خط الاستواء
طول القوس 1 درجة على طول خط الطول عند خط العرض 0 درجة
طول القوس 1 درجة على طول خط الطول عند خط العرض 45 درجة
طول القوس 1 درجة على طول خط الطول عند خط العرض 90 درجة

عند إدخال نظام إحداثيات بولكوفو ونظام ارتفاع البلطيق، عهد مجلس وزراء اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية إلى هيئة الأركان العامة للقوات المسلحة لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية والمديرية الرئيسية للجيوديسيا ورسم الخرائط التابعة لمجلس وزراء اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية بإعادة حساب التثليث وشبكة التسوية في نظام واحد للإحداثيات والارتفاعات، تم إنجازها قبل عام 1946، وألزمهم بإكمال هذا العمل خلال فترة 5 سنوات. تم تكليف السيطرة على إعادة إصدار الخرائط الطبوغرافية إلى هيئة الأركان العامة للقوات المسلحة لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، والخرائط البحرية إلى المقر الرئيسي للقوات البحرية.
في 1 يناير 2007، أ USK-2000 - نظام الإحداثيات الأوكراني بدلاً من إس كيه-42. وتتمثل القيمة العملية لنظام الإحداثيات الجديد في القدرة على الاستخدام الفعال لأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية العالمية في الإنتاج الطبوغرافي والجيوديسي، والتي تتمتع بعدد من المزايا مقارنة بالطرق التقليدية.
ليس لدى مؤلف هذا الكتاب المدرسي أي معلومات تفيد أنه في أوكرانيا تمت إعادة حساب إحداثيات SK-42 إلى USK-2000 وتم نشر خرائط طبوغرافية جديدة. على الخرائط الطبوغرافية التعليمية التي نشرتها مؤسسة الأبحاث والإنتاج الحكومية "رسم الخرائط" في عام 2010، لا يزال نقش "نظام الإحداثيات 1942" موجودًا في الزاوية اليسرى العليا.
كان نظام الإحداثيات لعام 1963 (SK-63) مشتقًا من نظام الإحداثيات الحكومي السابق لعام 1942 وكان له معلمات اتصال معينة به. لضمان السرية، تم تشويه البيانات الحقيقية بشكل مصطنع في SK-63. مع ظهور تكنولوجيا الكمبيوتر القوية لتحديد معلمات الاتصال بدقة عالية بين أنظمة الإحداثيات المختلفة، فقد نظام الإحداثيات هذا معناه في أوائل الثمانينات. تجدر الإشارة إلى أنه تم إلغاء SK-63 بقرار من مجلس وزراء اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في مارس 1989. ولكن لاحقًا، نظرًا للكميات الكبيرة من البيانات الجغرافية المكانية المتراكمة ومواد رسم الخرائط (بما في ذلك نتائج أعمال إدارة الأراضي خلال الاتحاد السوفييتي)، تم تمديد فترة استخدامها حتى يتم نقل جميع البيانات إلى نظام إحداثيات الدولة الحالي.
بالنسبة للملاحة عبر الأقمار الصناعية، يتم استخدام نظام الإحداثيات ثلاثي الأبعاد WGS 84 (النظام الجيوديسي العالمي 1984). وعلى عكس الأنظمة المحلية، فهو نظام واحد للكوكب بأكمله. يحدد WGS 84 الإحداثيات بالنسبة لمركز كتلة الأرض، ويكون الخطأ أقل من 2 سم، وفي WGS 84، يعتبر خط الطول الرئيسي هو خط الطول المرجعي لـ IERS. تقع على بعد 5.31 شرق خط زوال غرينتش. الأساس عبارة عن جسم كروي بنصف قطر أكبر - 6378137 م (استوائي) ونصف قطر أصغر - 6356752.3142 م (قطبي). يختلف عن الجيود بأقل من 200 متر.
يتم أخذ السمات الهيكلية لشكل الأرض في الاعتبار بالكامل في المعالجة الرياضية للقياسات الجيوديسية عالية الدقة وإنشاء الشبكات المرجعية الجيوديسية الحكومية. بسبب صغر الانضغاط (نسبة الفرق بين شبه المحور الرئيسي والاستوائي ( أ) من الشكل الناقص للأرض والمحور القطبي شبه الأصغر ( ب) إلى المحور شبه الرئيسي [ أ-ب]/ب) ≈ 1:300) عند حل العديد من المسائل، يمكن أخذ شكل الأرض بدقة كافية للأغراض العملية جسم كروي , مساوية في الحجم للمجسم الإهليلجي للأرض . نصف قطر هذه الكرة لمجسم كراسوفسكي الإهليلجي هو R = 6371.11 كم.

2.2. الخطوط والمستويات الأساسية للأرض الإهليلجية

عند تحديد موضع النقاط على سطح الأرض وعلى سطح الشكل الإهليلجي للأرض، يتم استخدام بعض الخطوط والطائرات.
ومن المعروف أن نقاط تقاطع محور دوران المجسم الإهليلجي للأرض مع سطحها هي قطبان، أحدهما يسمى القطب الشمالي روبيةوالآخر - الجنوب ريو(الشكل 2.4).

أرز. 2.4. الخطوط والطائرات الرئيسية للإهليلجي للأرض

تشكل أقسام الشكل الإهليلجي للأرض بمسطحات متعامدة مع محورها الأصغر أثرا على شكل دوائر تسمى المتوازيات. المتوازيات لها أنصاف أقطار بأحجام مختلفة. كلما اقتربت المتوازيات من مركز الشكل الإهليلجي، زاد نصف قطرها. يُسمى خط التوازي مع أكبر نصف قطر يساوي المحور شبه الرئيسي للمجسم الإهليلجي للأرض خط الاستواء . يمر مستوى خط الاستواء عبر مركز الشكل الإهليلجي للأرض ويقسمه إلى قسمين متساويين: نصفي الكرة الشمالي والجنوبي.
يعد انحناء سطح الشكل الإهليلجي من الخصائص المهمة. ويتميز بنصف قطر انحناء قسم الزوال ومقطع العمودي الأول وهما ما يسمى بالمقاطع الرئيسية
تشكل أقسام سطح الشكل الناقص للأرض بواسطة مستويات تمر عبر محورها الأصغر (محور الدوران) أثرا على شكل أشكال ناقصة تسمى أقسام الزوال .
في التين. 2.4 مستقيم ثاني أكسيد الكربون"، عمودي على مستوى الظل مراقبة الجودة"عند نقطة الاتصال مع، مُسَمًّى طبيعي إلى سطح الشكل الإهليلجي عند هذه النقطة. كل عمود طبيعي على سطح الشكل الإهليلجي يقع دائمًا في مستوى الزوال، وبالتالي يتقاطع مع محور دوران الشكل الإهليلجي. تتعامد النقاط الواقعة على نفس التوازي مع المحور الأصغر (محور الدوران) في نفس النقطة. تتقاطع القيم الطبيعية للنقاط الواقعة على متوازيات مختلفة مع محور الدوران في نقاط مختلفة. العمودي إلى نقطة تقع على خط الاستواء يقع في المستوى الاستوائي، والعمودي عند نقطة القطب يتطابق مع محور دوران الشكل الإهليلجي.
تسمى الطائرة التي تمر عبر الوضع الطبيعي الطائرة العادية ، والتتبع من قسم الشكل الناقص بهذه الطائرة هو طبيعي المقطع العرضي . يمكن رسم عدد لا نهائي من المقاطع العادية من خلال أي نقطة على سطح الشكل الإهليلجي. يعد خط الطول وخط الاستواء حالتين خاصتين للمقاطع العادية عند نقطة معينة من الشكل الإهليلجي.
مستوى عادي عمودي على مستوى الزوال عند نقطة معينة مع، مُسَمًّى مستوى العمودي الأول ، والأثر الذي يتقاطع من خلاله مع سطح الشكل الإهليلجي هو جزء من العمود الرأسي الأول (الشكل 2.4).
الموقع النسبي لخط الطول وأي قسم عادي يمر عبر هذه النقطة مع(الشكل 2.5) على خط الطول المحدد، يتم تحديده على سطح الشكل الإهليلجي بواسطة الزاوية أ، التي شكلتها خط الطول لنقطة معينة معوالقسم العادي.

أرز. 2.5. القسم العادي

تسمى هذه الزاوية السمت الجيوديسي القسم العادي. ويتم قياسه من الاتجاه الشمالي لخط الطول في اتجاه عقارب الساعة من 0 إلى 360 درجة.
إذا اعتبرنا الأرض كرة فإن العمودي لأي نقطة على سطح الكرة سيمر بمركز الكرة، وأي مستوى عادي يشكل أثراً على سطح الكرة على شكل دائرة والتي تسمى بالدائرة الكبرى.

2.3. طرق تحديد شكل وأبعاد الأرض

تم استخدام الطرق التالية لتحديد شكل وحجم الأرض:

الطريقة الفلكية الجيوديسية

يعتمد تحديد شكل وحجم الأرض على استخدام قياسات الدرجات، والتي يتلخص جوهرها في تحديد القيمة الخطية لدرجة واحدة من قوس خط الطول والتوازي عند خطوط العرض المختلفة. ومع ذلك، فإن القياسات الخطية المباشرة بدرجة كبيرة على سطح الأرض صعبة، فعدم استواءها يقلل بشكل كبير من دقة العمل.
طريقة التثليث. يتم ضمان الدقة العالية في قياس المسافات الطويلة من خلال استخدام طريقة التثليث التي تم تطويرها في القرن السابع عشر. العالم الهولندي دبليو سنيليوس (1580 - 1626).
تم تنفيذ أعمال التثليث لتحديد أقواس خطوط الطول والتوازيات من قبل علماء من مختلف البلدان. مرة أخرى في القرن الثامن عشر. وقد وجد أن درجة واحدة من قوس خط الطول عند القطب أطول منه عند خط الاستواء. تعتبر هذه المعلمات نموذجية بالنسبة للمجسم الإهليلجي المضغوط عند القطبين. أكد هذا فرضية نيوتن القائلة بأن الأرض، وفقًا لقوانين الديناميكا المائية، يجب أن يكون لها شكل إهليلجي للدوران، مفلطح عند القطبين.

جيوفيزيائية (الجاذبية) طريقة

ويعتمد على قياس الكميات التي تميز مجال الجاذبية الأرضية وتوزيعها على سطح الأرض. وميزة هذه الطريقة هي إمكانية استخدامها في مياه البحار والمحيطات، أي حيث تكون إمكانيات الطريقة الفلكية الجيوديسية محدودة. تتيح البيانات المستمدة من قياسات الجاذبية التي تم إجراؤها على سطح الكوكب حساب ضغط الأرض بدقة أكبر من الطريقة الجيوديسية الفلكية.
بدأت الملاحظات الوزنية في عام 1743 من قبل العالم الفرنسي أ. كليروت (1713 - 1765). وافترض أن سطح الأرض له شكل كروي، أي الشكل الذي ستتخذه الأرض لو كانت في حالة توازن هيدروستاتيكي تحت تأثير فقط قوى الجاذبية المتبادلة لجزيئاتها والطرد المركزي قوة الدوران حول محور ثابت . كما اقترح أ. كليروت أن جسم الأرض يتكون من طبقات كروية ذات مركز مشترك، وتزداد كثافتها باتجاه المركز.

طريقة الفضاء

يرتبط تطور طريقة الفضاء ودراسة الأرض باستكشاف الفضاء الخارجي، والذي بدأ مع إطلاق القمر الاصطناعي السوفييتي للأرض (AES) في أكتوبر 1957. وواجهت الجيوديسيا مهام جديدة تتعلق بالتطور السريع. من رواد الفضاء. وتشمل هذه مراقبة الأقمار الصناعية في المدار وتحديد إحداثياتها المكانية في وقت معين. إن الانحرافات المحددة لمدارات الأقمار الصناعية الحقيقية عن تلك المحسوبة مسبقًا، والناجمة عن التوزيع غير المتكافئ للكتل في القشرة الأرضية، تجعل من الممكن توضيح فكرة مجال الجاذبية الأرضية، ونتيجة لذلك، شكلها.

أسئلة ومهام لضبط النفس

لأي أغراض يتم استخدام البيانات المتعلقة بشكل وحجم الأرض؟

ما هي العلامات التي حددها القدماء أن الأرض لها شكل كروي؟

ما الشكل الذي يسمى الجيود؟

ما الشكل الذي يسمى الإهليلجي؟

ما الشكل الذي يسمى الشكل الناقص المرجعي؟

ما هي عناصر وأبعاد الشكل الإهليلجي لكراسوفسكي؟

قم بتسمية الخطوط والمستويات الرئيسية للمجسم الإهليلجي للأرض.

ما هي الطرق المستخدمة لتحديد شكل وحجم الأرض؟

إعطاء وصف موجز لكل طريقة.