Земля, со средним расстоянием 149 597 890 км от Солнца, является третьей и одной из самых уникальных планет в Солнечной системе. Она сформировался около 4,5-4,6 миллиарда лет назад и является единственной планетой, которая, как известно, поддерживает жизнь. Это связано с рядом факторов, например, атмосферный состав и физические свойства, такие как присутствие воды, занимающей около 70,8% поверхности планеты, позволяют жизни процветать.
Земля также уникальна тем, что она является самой большой из планет земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс), состоящих из тонкого слоя горных пород, в сравнении с газовыми гигантами (Юпитер, Сатурн, Нептун и Уран). С учетом массы, плотности и диаметра, Земля является пятой по величине планетой во всей Солнечной системе.
Размер земли: масса, объем, окружность и диаметр
Планет земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс)
Как крупнейшая из планет земной группы, Земля имеет оценочную массу 5.9722±0.0006×10 24 кг. Ее объем также является самым большим из этих планет и составляет 1.08321×10¹² км³.
Кроме того, наша планета наиболее плотная из планет земной группы, так как состоит из коры, мантии и ядра. Земная кора является самым тонким из этих слоев, в то время как мантия составляет 84% объема Земли и простирается на 2900 км ниже поверхности. Ядро является той составляющей, которая делает Землю самой плотной. Это единственная планета земной группы с жидким внешним ядром, окружающим твердое, плотное внутреннее ядро.
Средняя плотность Земли составляет 5,514×10 г/см³. Марс, самая маленькая из землеподобных планет Солнечной системы, имеет лишь около 70% от плотности Земли.
Земля, также классифицируется как самая большая из планет земной группы по окружности и диаметру. Экваториальная окружность Земли составляет 40 075,16 км. Она немного меньше между Северным и Южным полюсами - 40 008 км. Диаметр Земли у полюсов составляет 12 713,5 км, а на экваторе - 12 756,1 км. Для сравнения, самая большая планета в Солнечной системе, Юпитер, имеет диаметр 142 984 км.
Форма Земли
Проекция Хаммера-Аитова
Окружность и диаметр Земли различаются, потому что ее форма представляет сплющенный сфероид или эллипсоид вместо истинной сферы. Полюса планеты немного сплющиваются, что приводит к выпуклости на экваторе и, следовательно, к большей окружности и диаметру.
Экваториальная выпуклость Земли составляет 42,72 км и вызвана вращением и гравитацией планеты. Сама гравитация заставляет планеты и другие небесные тела сжиматься и формировать сферу. Это связано с тем, что она тянет всю массу объекта как можно ближе к центру тяжести (земное ядро в данном случае).
Поскольку планета вращается, то сфера искажается центробежной силой. Это сила, которая заставляет объекты перемещаться наружу от центра тяжести. Когда Земля вращается, наибольшая центробежная сила на экваторе, поэтому она вызывает небольшую наружную выпуклость, придавая этой области большую окружность и диаметр.
Местная топография также играет роль в форме Земли, но в глобальном масштабе она незначительная. Наибольшее различия в местной топографии по всему миру - это гора Эверест, высочайшая точка над уровнем моря - 8 848 м и Марианская впадина, самая низкая точка ниже уровня моря - 10 994±40 м. Эта разница составляет всего лишь около 19 км, что очень незначительно в планетарных масштабах. Если рассматривать экваториальную выпуклость, то высшая точка мира и место, наиболее отдаленное от центра Земли - это вершина вулкана Чимборасо в Эквадоре, который является самым высоким пиком вблизи экватора. Его высота составляет 6 267 м.
Геодезия
Для правильного изучения размеров и формы Земли используется геодезия, отрасль науки, ответственная за измерение размера и формы Земли с помощью обследований и математических расчетов.
На протяжении всей истории, геодезия была важной отраслью науки, так как ранние ученые и философы пытались определить форму Земли. Аристотель - первый человек, которому приписывают попытку рассчитать размер Земли и, следовательно, ранний геодезист. Затем последовал греческий философ Эратосфен, оценивший окружность Земли в 40 233 км, что лишь немного больше принятого в наши дни измерения.
Чтобы исследовать Землю и использовать геодезию, исследователи часто ссылаются на эллипсоид, геоид и референц-эллипсоид. Эллипсоид является теоретической математической моделью, которая показывает гладкое, упрощенное представление о поверхности Земли. Он используется для измерения расстояний на поверхности без учета таких факторов, как изменения высоты и формы рельефа. С учетом реальности земной поверхности, геодезисты используют геоид - модель планеты, которая строится с помощью глобального среднего уровня моря и, следовательно, принимает во внимание перепады высот.
Основой геодезии на сегодняшний день являются данные, которые выступают в качестве ориентиров для глобальных геодезических работ. Сегодня такие технологии, как спутники и глобальные системы позиционирования (GPS), позволяют геодезистам и другим ученым делать чрезвычайно точные измерения поверхности Земли. На самом деле они настолько точны, что позволяют получать данные о поверхности Земли с точностью до сантиметров, обеспечивая наиболее точные измерения размера и формы Земли.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Наша планета является одной из 9, которые вращаются вокруг Солнца. Еще в глубокой древности появились первые представления о том, каковы форма и размеры Земли.
Как менялись представления о форме Земли?
Античные мыслители (Аристотель - 3 в. до н. э., Пифагор - 5 в. до н. э. и др.) еще много веков назад высказывали мысль о том, что наша планета имеет шарообразную форму. Аристотель (на фото ниже), в частности, учил вслед за Евдоксом, что являющаяся центром Вселенной Земля шарообразна. Доказательство этого он видел в характере, который имеют лунные затмения. При них отбрасываемая нашей планетой на Луну тень имеет округлую форму по краям, что возможно лишь при условии шарообразности.
Проведенные в последующие столетия астрономические и геодезические исследования дали нам возможность судить, каковы в действительности форма и размеры Земли. Сегодня о том, что она круглая, знают от мала до велика. А ведь были времена в истории, когда считалось, что планета Земля плоская. Сегодня благодаря прогрессу науки мы уже не сомневаемся в том, что она именно круглая, а не плоская. Неоспоримое доказательство этого - космические фотоснимки. Шарообразность нашей планеты приводит к тому, что земная поверхность нагревается неравномерно.
А ведь на самом деле форма Земли не совсем такая, как мы привыкли думать. Этот факт известен ученым, и он используется в настоящее время для решения задач в области спутниковой навигации, геодезии, космонавтики, астрофизики и других смежных науках. Впервые мысль о том, какова в действительности форма Земли, высказал Ньютон на рубеже 17-18-го вв. Он теоретически обосновал предположение о том, что наша планета под воздействием на нее силы тяжести должна быть сжата в направлении оси вращения. А это значит, что форма Земли представляет собой либо сфероид, либо эллипсоид вращения. От угловой скорости вращения зависит степень сжатия. То есть чем тело вращается быстрее, тем оно сплющивается больше у полюсов. Этот ученый исходил из принципа всемирного тяготения, а также из предположения однородной жидкой массы. Он допускал, что Земля является сжатым эллипсоидом, и определял, в зависимости от скорости вращения, размеры сжатия. Через некоторое время Маклорен доказал, что если наша планета является сжатым у полюсов эллипсоидом, то равновесие покрывающих Землю океанов действительно обеспечено.
Можно ли считать, что Земля круглая?
Если планета Земля будет рассматриваться издалека, она будет казаться практически идеально круглой. Наблюдатель, которому большая точность измерений не важна, может вполне считать ее таковой. Средний радиус Земли в этом случае составляет 6371,3 км. Но если мы, приняв за идеальный шар форму нашей планеты, станем делать точные измерения различных координат точек на поверхности, у нас ничего не получится. Дело в том, что наша планета - это не идеально круглый шар.
Различные способы описания формы Земли
Форма планеты Земля может быть описана двумя основными, а также несколькими производными способами. Она может быть принята в большинстве случаев либо за геоид, либо за эллипсоид. Интересно, что математически легко описывается второй вариант, а вот первый принципиально никак не описывается, поскольку для определения точной формы геоида (а следовательно, и Земли) осуществляются практические измерения гравитации в различных точках поверхности нашей планеты.
Эллипсоид вращения
Все понятно с эллипсоидом вращения: фигура эта напоминает шар, который снизу и сверху приплюснут. То, что форма Земли - эллипсоид, вполне объяснимо: центробежные силы возникают из-за вращения нашей планеты на экваторе, тогда как их нет на полюсах. В результате вращения, а также центробежных сил Земля "располнела": диаметр планеты по экватору больше примерно на 50 км, чем полярный.
Особенности фигуры под названием "геоид"
Крайне сложная фигура - геоид. Она существует лишь теоретически, однако на практике ее нельзя ни пощупать, ни увидеть. Можно представить себе геоид в виде поверхности, сила земного притяжения в каждой точке которой направлена строго вертикально. Если бы наша планета была правильным шаром, заполненным равномерно каким-либо веществом, то отвес в любой ее точке смотрел бы в центр шара. Но ситуация осложняется тем, что неоднородной является плотность нашей планеты. В одних местах имеются тяжелые горные породы, в других пустоты, горы и впадины разбросаны по всей поверхности, так же неравномерно распределены равнины и моря. Все это меняет в каждой конкретной точке гравитационный потенциал. В том, что форма земного шара - геоид, виноват также эфирный ветер, который обдувает нашу планету с севера.
Кто изучал геоиды?
Отметим, что само понятие "геоид" было введено Иоганном Листингом (на фото ниже), физиком и математиком, в 1873 году.
Под ним, означающим в переводе с греческого "вид Земли", подразумевалась фигура, образованная поверхностью Мирового океана, а также морей, сообщающихся с ним, при среднем уровне воды, отсутствии возмущений от приливов, течений, а также разностей атмосферного давления и т. п. Когда говорят о том, что над уровнем моря такая-то высота, это означает высоту от поверхности геоида в этой точке земного шара, несмотря на то что в этом месте нет никакого моря, а оно находится за несколько тысяч километров от него.
Неоднократно уточнялось впоследствии понятие геоида. Так, советский ученый М. С. Молоденский создал свою теорию определения гравитационного поля и фигуры Земли по измерениям, выполненным на ее поверхности. Для этого он разработал особый прибор, измеряющий силу тяжести - пружинный гравиметр. Именно он предложил также использование квазигеоида, который определяется по значениям, принимаемым потенциалом силы тяжести на поверхности Земли.
Подробнее о геоиде
Если гравитацию измерить в 100 км от гор, то отвес (то есть грузик на нитке) станет отклоняться в их сторону. Такое отклонение от вертикали нашему глазу незаметно, однако легко обнаруживается приборами. Подобная картина наблюдается везде: отклонения отвеса где-то больше, где-то они меньше. А мы помним о том, что всегда перпендикулярной отвесу является поверхность геоида. Отсюда становится ясно, что геоид - весьма сложная фигура. Для того чтобы лучшее его представить, можно сделать следующее: вылепить шар из глины, после чего с двух сторон его сжать для образования приплюснутости, затем сделать пальцами на получившемся эллипсоиде бугры и вмятины. Такой сплюснутый помятый шарик будет довольно реалистично показывать форму нашей планеты.
Для чего нужно знать точную форму Земли?
Для чего же нужно знать так точно ее форму? Чем не удовлетворяет ученых шарообразная форма Земли? Следует ли усложнять картину геоидом и эллипсоидом вращения? Да, насущная необходимость в этом есть: близкие к геоиду фигуры помогают создавать координатные сетки, являющиеся наиболее точными. Ни астрономические исследования, ни геодезические изыскания, ни различные системы спутниковой навигации (ГЛОНАСС, GPS) не могут существовать и проводиться без определения довольно точной формы нашей планеты.
Различные системы координат
В мире в настоящее время действует несколько трехмерных и двухмерных систем координат с мировым значением, а также несколько десятков локальных. Своя форма Земли принята в каждой из них. Это приводит к тому, что координаты, которые были определены разными системами, несколько отличаются. Интересно, что, для того чтобы вычислить их у точек, находящихся на территории одной страны, удобнее всего будет принять форму Земли за референц-эллипсоид. Это установлено сейчас даже на высшем законодательном уровне.
Эллипсоид Красовского
Если говорить о странах СНГ или России, то на территории этих государств форма нашей планеты описывается так называемым эллипсоидом Красовского. Он был определен еще в 1940 году. Отечественные (ПЗ-90, СК-63, СК-42) и зарубежные (Afgooye, Hanoi 1972) системы координат были созданы на основании этой фигуры. Они и по сей день используются в практических и научных целях. Интересно, что ГЛОНАСС опирается на систему ПЗ-90, которая превосходит по своей точности принятую как основа в GPS аналогичную систему WGS84.
Заключение
Подводя итог, скажем еще раз, что форма нашей планеты отличается от шара. Земля приближается по своей форме к эллипсоиду вращения. Как мы уже отметили, вовсе не праздным является этот вопрос. Точное определение того, какую Земля имеет форму, дает мощный инструмент ученым для вычисления координат небесных и земных тел. А это очень важно для космической и морской навигации, при проведении строительных, геодезических работ, а также во многих других областях человеческой деятельности.
Проблема формы Земли волнует людей множество тысячелетий. Это один из важных вопросов не только для географии и экологии, но и для астрономии, философии, физики, истории и даже литературы. Данному вопросу посвящено множество трудов ученых всех эпох, особенно Античности и Просвещения.
Гипотезы ученых о форме Земли
Так Пифагор в VI веке до нашей эры уже считал, что наша планета имеет форму шара. Его утверждение разделил Парменид, Анаксимандр Милетский, Эратосфен и другие. Аристотель проводил различные эксперименты и смог доказать, что у Земли круглая форма, так как во время затмений Луны тень всегда в форме круга. Учитывая, что в то время велись дискуссии между сторонниками абсолютно двух противоположных точек зрения, одни из которых утверждали, что земля плоская, другие – что круглая, то теория шарообразности хоть и была принята многими мыслителями, но нуждалась в существенной доработке.
О том, что фигура нашей планеты отличается от шара, заявил Ньютон. Он склонялся к тому, что это скорее эллипсоид, и чтобы это доказать, проводил различные эксперименты. Далее форме земли посвящали работы Пуанкаре и Клеро, Гюйгенс и д’Аламбер.
Современное понятие формы планеты
Множество поколений ученых проводили фундаментальные исследования, чтобы установить форму Земли. Только после первого полета в космос получилось развеять все мифы. Сейчас принята точка зрения, что наша планета имеет форму эллипсоида, и она далека от идеальной формы, сплющена с полюсов.
Для различных исследований и образовательных программ создана модель земли – глобус, который имеет форму шара, но это все весьма условно. На его поверхности сложно в масштабе и соотношении изобразить абсолютно все географические объекты нашей планеты. Что касается радиуса, то для различных задач используется значение 6371,3 километра.
Для задач космонавтики и геодезии для того, чтобы описать фигуру планеты, используют понятие эллипсоида вращения или геоида. Однако и в разных точках земля отличается от геоида. Для решения различных задач в дальнейшем используются различные модели земных эллипсоидов, например, референец-эллипсоид.
Таким образом, форма планеты – это сложный вопрос даже для современной науки, который волновал людей с древних времен. Да, мы можем полететь в космос и увидеть форму Земли, но математических и других расчетов пока не хватает, чтобы точно изобразить фигуру, поскольку наша планета уникальная, и имеет не такую простую форму, как геометрические тела.
19 июня греческий математик, астроном и географ Эратосфен Киренский, живший с 276 по 194 год до нашей эры, вычислил радиус Земли. Он был не единственным, кто внёс неоценимый вклад в исследование планеты. Конечно же, с тех незапамятных времен человечество совершило не один научный прорыв, расширив и даже перевернув представление о голубой планете. На пути от "щита на спинах слонов" до геоида, Земля в умах наших предков была и плоской, и дискообразной, и выпуклой по полюсам. Возможно, многие удивятся, узнав, что она вовсе не круглая, и никогда такой не являлась. Именно к такому выводу пришли ученые благодаря последним исследованиям. Как же в действительности выглядит планета, на которой мы живем? Как раз об этом и пойдет речь далее.
Заблуждения древних учёных
Примечательно, что некоторое время назад большинство людей, среди которых были и учёные, отвергали идею о том, что Земля может быть шарообразной. Например, в III веке знаменитый писатель и философ Лактанций писал, что только самый взбалмошный мечтатель может вообразить, что существует человек, ходящий вниз головой, деревья, растущие сверху вниз, и град, падающий в обратном направлении. Критику поддержал и Козма Индикополов, написавший книгу "Христианская топография".
Греческий поэт Гомер изображал планету в виде круга, а Анаксимандр, ученик философа Фалеса - в виде цилиндра. Существовали версии о том, что Земля имеет форму куба, лодки, высокой горы... Несмотря на это, истина всё таки пробила себе путь через огромное количество ложных данных.
На сегодняшний день сложно представить, что еще в 1876 году на территории Санкт-Петербурга была издана брошюра с названием "Земля неподвижна". Она включала в себя лекцию, доказывающую, что планета не вращается ни вокруг собственной оси, ни вокруг Солнца. Автором работы стал немецкий специалист доктор Шепфер, выступивший с соответствующим докладом в Берлине.
Греческий философ Аристотель в IV веке до нашей эры одним из первых доказал, что Земля имеет форму шара. В качестве подтверждения своей теории учёный привёл простой и в то же время неопровержимый факт: во время лунных затмений планета отбрасывает на спутник именно круглую тень.
Постепенно идея о том, что Земля представляет собой шар, висящий в пространстве, распространялась всё шире. Спустя тысячи лет знаменитый физик и математик Исаак Ньютон дополнил эту информацию, заявив, что планета обладает не шарообразной, а шароподобной формой, приплюснутой на полюсах. Подтверждением этому послужил еще один случай, зафиксированный в 1672 году. Из Парижа в Гвиану были перевезены астрономические часы, которые со временем начали отставать. Позднее учёные выяснили, что маятник механизма качается более интенсивно около экватора, а на полюсах, наоборот, замедляет своё движение.
В XIX веке измерения силы тяжести в различных регионах также показали, что форма Земли представляет собой не эллипсоид вращения, а нечто более сложное . На многих островах притяжение оказывалось значительно большим, чем на материках. В связи с этим специалистам пришлось согласиться с тем, что уровень воды в морях и океанах может быть неодинаковой.
В ходе дальнейших исследований эксперты приняли термин "геоид", описывающий уникальную форму планеты.
Вышеупомянутое слово с древнегреческого языка переводится как "нечто, подобное Земле ". Это выпуклая замкнутая поверхность, параллельная поверхности воды в морях и океанах, когда они находятся в спокойном состоянии, и перпендикулярная к силе тяжести в любой точке. Такое понятие и его описание предложил немецкий математик Иоганн Бенедикт Листинг в 1873 году.
17 марта 2009 года на орбиту Земли был отправлен спутник GOCE, просуществовавший до 11 ноября 2013 года. Аппарат с помощью электростатического гравитационного градиометра изучал гравитационное поле планеты и её форму - геоид. Стрелообразная форма корпуса позволяла устройству сохранять ориентацию и уменьшала торможение в верхних слоях атмосферы. Благодаря информации, полученной с GOCE, сотрудники Европейского космического агентства смогли понять некоторые моменты в поведении океана, изучить опасные вулканические регионы и более точно осмыслить форму Земли.
Современным учёным удалось выяснить, что на орбите Земли ранее существовал еще один объект - космическое тело под названием Тейя. Около 4,5 миллиардов лет оно врезалось в планету, в результате чего и образовалась Луна. О том, что эта теория вполне может оказаться правдой, свидетельствует и то, что нынешний спутник Земли слишком велик для неё и содержит такие же изотопы.
Некоторые исследователи утверждают, что у планеты есть еще одно тело, вращающееся вокруг неё. Это небольшой объект, чей диаметр не превышает и метра. Он называется "временной луной", так как его регулярно заменяют похожие осколки планет и астероидов. При этом хотя бы один миниатюрный спутник всегда находится на орбите Земли.
Специалисты уверены, что миллионы лет назад планета могла быть не зеленой а фиолетовой. Древние микробы, по словам учёных, использовали не хлорофил, а ретиналь - молекулу, защищающую их от солнечных лучей. Эти элементы и придавали Земле такой оттенок. В то время с неё уже практически исчезли гигантские грибы, которые были предшественниками деревьев и кустарников.
Одной из особенностей земного шара является и то, что жизнь на нём существовала без кислорода. Когда же элемент появился здесь, около 99% организмов вымерли, уступив место новым обитателям. По словам экспертов, в скором времени та же участь может постигнуть и человечество. Дело в том, что в какой-то момент в атмосфере станет слишком мало углекислого газа, из-за чего растения не смогут осуществлять фотосинтез и выделять кислород.
Многие специалисты уже начали готовиться к переселению людей в космос. Регулярно проводятся поиски и исследования планет, имеющих хотя бы незначительные сходства с Землёй. При этом существует риск обнаружить инопланетную цивилизацию. Будет ли она настроена враждебно или дружелюбно, пока неизвестно, однако чтобы подготовиться к встрече, в 2010 году ООН назначила официального посла, которому предстоит первым вступить в контакт с пришельцами, а позднее и вести с ними переговоры.
Также довольно интересным фактом о Земле является то, что ежегодно она становится на 1 000 тонн тяжелее. Это связано не только с популяцией живых организмов, но и с тем, что на её поверхность практически без остановки выпадает космическая пыль. Различные астероиды и другие сравнительно небольшие тела, приближаясь к Солнцу, разрушаются, тем самым загрязняя атмосферу и поверхность близлежащих планет. Исследователи считают, что этот факт не должен сильно настораживать и пугать человечество, так как в воздухе, которым дышат живые организмы, и так содержится огромное количество разнообразных веществ. Среди них азот, кислород, аргон, метан, гелий, неон, угарный газ и целый ряд других элементов.
Ученые отмечают, что истинная форма Земли имеет отличия и от геоида - слишком уж высокие отличия температур, солености морей и атмосферного давления... Возможно, новые спутники помогут разгадать эту загадку, и человечество забудет о шарообразных глобусах.
Игорь Рыжаков
Огромный плоский круг: ведь именно такой они видели земную поверхность, когда совершали свои путешествия.
Однако представления о форме нашей планеты менялись. Около двух тысяч лет назад древнегреческие ученые уже пришли к выводу, что Земля имеет форму шара. В том, что поверхность Земли выпуклая, легко убедиться, наблюдая с берега за приближающимся по морю кораблем: сначала из-за линии горизонта появляются его мачты, трубы, затем постепенно становится виден весь корпус, как будто корабль поднимается откуда-то снизу. Чтобы на открытой местности увидеть как можно дальше, мы забираемся на высокий объект - дерево, крышу дома, холм, потому что горизонт расширяется с увеличением высоты места наблюдения.
Особенно явно видна шарообразная форма Земли на космических снимках.
Форма Земли
Размеры Земли
Специально произведенные измерения дают точные сведения о размерах Земли. Площадь поверхности нашей планеты составляет 510000000 км2. Расстояние от центра Земли до экватора равно 6378 км, а до полюсов - 6356 км, то есть у полюсов наша планета немного сплюснута. Для того чтобы объехать Землю вокруг на скором поезде, потребуется около месяца, так как длина нашей планеты по окружности равна 40 000 км.
Глобус - модель земного шара
Это подобие земного шара, по которому можно получить представление о форме нашей планеты. Глобус всегда ориентирован таким образом, что Северный полюс находится вверху, а Южный полюс - внизу. Ось вращения наклонена так же, как ось вощения Земли. На глобусе хорошо видны очертания материков, океанов, морей, их относительное расположение и размеры. Однако все изображения географических объектов на обычном школьном глобусе очень мелкие. Самым большим на Земле считается глобус диаметром 10 м (его вес 30 т), который находится в . На таком глобусе поверхность Земли изображена достаточно подробно, однако из-за своей величины он очень неудобен в обращении.
Гораздо практичнее иметь дело с , которые представляют собой плоские изображения частей земной поверхности. На картах географические объекты показаны гораздо крупнее, чем на глобусе. Кроме того, карты удобно носить с собой. Однако при создании карт сталкиваются с другой трудностью: любое изображение поверхности шара на плоскости получается деформированным, содержит некоторую ошибку.
