Земля — круглая. Сейчас об этом знают все от мала до велика, а были времена, когда наша планета считалась плоской. Прогресс науки привел к тому, что в наши дни сомневаться в том, что Земля круглая, может разве только умалишенный, да и том вряд ли.
А ведь в действительности наша родная планета не так кругла, как мы привыкли считать. Ученым этот факт известен, и он активно используется для успешного решения задач в геодезии, спутниковой навигации, космонавтике, даже в астрофизике и других науках. Что же, Земля не круглая? И да, и нет.
Если смотреть на Землю издалека, то она покажется идеально круглой, да и наблюдатель на Земле, которому не важна большая точность измерений (при чем здесь измерения, будет рассказано позже), вполне может считать планету круглой. В этом случае средний земной радиус составит 6371,3 км. Однако если мы, приняв форму Земли за идеальный шар, начнем делать точные измерения координат точек на ее поверхности, то ничего у нас не получится. Все дело в том, что мы живем не на идеально круглом шаре.
Форму Земли можно описать двумя основными и несколькими производными способами. В большинстве случаев форма нашей планеты может быть принята либо за эллипсоид вращения, либо за геоид. Интересно, что первый легко описывается математически, а второй никак не описывается принципиально — для определения более или менее точной формы геоида (а значит, и Земли в целом) применяются практические измерения гравитации в разных точках поверхности планеты.
С эллипсоидом вращения все более или менее понятно — эта фигура напоминает шар, приплюснутый сверху и снизу. Такая форма Земли вполне объяснима — из-за ее вращения на экваторе возникают центробежные силы, в то время как на полюсах этих сил нет. В результате вращения и центробежных сил по экватору Земля «располнела»: экваториальный диаметр планеты примерно на 50 км больше, чем полярный.
Геоид — фигура крайне сложная, и существует она только теоретически, а на практике ее нельзя ни увидеть, ни «пощупать». Геоид можно представить себе в виде поверхности, в каждой точке которой сила земного притяжения имеет строго вертикальное направление. Если бы Земля была правильным шаром, равномерно заполненным каким-нибудь одним веществом, то в любой ее точке отвес «смотрел» бы точно в центр шара. Однако дело осложняется тем, что плотность нашей планеты неоднородна:
где-то сосредоточены тяжелые горные породы, а где-то есть пустоты, по всей поверхности разбросаны горы и впадины, моря и равнины. А все это изменяет и гравитационный потенциал в данной конкретной точке.
Если измерить гравитацию в сотне километров от гор, то отвес (грузик на нитке) будет отклоняться в их сторону. Это отклонение от вертикали незаметно глазу, но приборами обнаруживается легко. И такая картина наблюдается везде — где-то отклонения отвеса больше, где-то меньше. А мы помним, что поверхность геоида всегда перпендикулярна отвесу, отсюда становится понятно, что геоид — фигура не просто сложная, но в придачу еще и хитрая. Представить ее себе можно следующим образом — необходимо вылепить из глины шар, потом сжать его с двух сторон для образования приплюснутости, а затем на получившемся эллипсоиде пальцами сделать вмятины и бугры. Вот такой помятый сплюснутый шарик и будет максимально реалистично показывать форму Земли.
А вообще, для чего необходимо так точно знать форму нашей планеты? Зачем усложнять картину эллипсоидами вращения и геоидом? В этом есть насущная необходимость — фигуры, близкие к геоиду, помогают создавать максимально точные координатные сетки. Ни геодезические изыскания, ни астрономические исследования, ни системы спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС (расшифровывается как «параметры Земли 1990 года») не могут проводиться и существовать без определения точной формы Земли.
В настоящее время в мире действует несколько двух и трехмерных систем координат мирового значения и несколько десятков локальных систем координат. В каждой из них принята своя форма Земли, что приводит к некоторым отличиям координат, определенных разными системами. Интересно, что для вычисления координат точек, лежащих на территории одного государства, удобнее принимать форму нашей планеты за так называемый референц-эллипсоид, причем это устанавливается на высшем законодательном уровне.
Если говорить о России и странах СНГ, то на этих территориях форма Земли описывается эллипсоидом Красовского, определенным еще в далеком 1940 году. На основании данной фигуры были созданы отечественные (СК-42, СК-63, ПЗ-90) и зарубежные (Hanoi 1972, Afgooye) системы координат, используемые в научных и практических целях и по сегодняшний день. Интересно, что система ПЗ-90, на которую опирается ГЛОНАСС, по своей точности превосходит аналогичную систему WGS84, принятую за основу в GPS.
Итак, форма Земли отличается от шара, приближаясь к эллипсоиду вращения. И, как мы видим, вопрос о форме нашей планеты вовсе не праздный — ее точное определение дает в руки ученым мощный инструмент для вычисления координат земных и небесных тел. Это важно для морской и космической навигации, для проведения геодезических, строительных работ и многих других областей деятельности человека.
