Содержание
Земля как картофелина
22 апреля мир отмечает День Земли. Какая форма у нашей планеты? Действительно ли она похожа на шар или же напоминает картофелину?
Ученые говорят, что форма Земли не сферическая, она напоминает картофелину. Источник: Іndianapublicmedia.org
Какая форма Земли?
Первым идею о шарообразности Земли на самом деле высказал не Галилей и даже не Коперник. Она была известна еще философам античности, а ее автором принято считать Пифагора, жившего в VI веке до н. э. Признанный авторитет Средневековья Аристотель, чьи труды датируются IV веком до н. э., расположил нашу планету в центре мироздания. Но при этом писал о ее сферической форме как об установленном факте, с которым практически никто из ученых середины прошлого тысячелетия не спорил. Плоскоземельщики всегда были в меньшинстве.
Однако окончательно факт шаровидности Земли был подтвержден только после завершения кругосветной экспедиции Магеллана в 1522 году.
Впрочем, современные ученые дают более потрясающий ответ на вопрос о форме Земли. На самом деле она имеет форму не шара, а… картофеля.
Преувеличенные отклонения от сферической формы Земли
Именно на этот корнеплод похоже ее изображение, составленное по данным гравиметрических спутников LAGEOS, GRACE, GOCE1 и наземных измерений сотрудниками Геофизического центра имени Гельмгольца в Потсдаме (Helmholtz-Zentrum, Potsdam Deutsches GeoForschungs (Zentrum)).
Форма Земли — геоид
Правда, итоговая картина отражает преувеличенные в 10 тыс. раз отклонения ее формы от «нулевого уровня» земной поверхности, являющейся базой для глобальной системы отсчета высот и глубин — эллипсоида вращения со сплюснутостью 1/297. Такая форма называется геоидом. С точки зрения геометрии она представляет собой выпуклую замкнутую поверхность, совпадающую с поверхностью воды в Мировом океане в спокойном состоянии.
Эти отклонения вызваны гравитационными аномалиями, связанными, по-видимому, с неравномерным распределением плотности в земной коре и мантии.
Как нетрудно заметить, они довольно слабо коррелируют с океаническими впадинами и большими горными массивами.
Действительно ли форма Земли напоминает картофелину?
Изображения геоида могут показаться противоречащими фотоснимкам, сделанным из космоса. Действительно, на всех изображениях нашей планеты мы видим идеальный голубой шар без некрасивых неровностей. Так какое из изображений правильное? Оба.
Дело именно в том, что все отклонения «картофелины» от сферы сознательно преувеличены. Ибо в реальности их действительно трудно заметить, но они важны, ведь отражают неравномерность гравитационного поля нашей планеты.
Изучение неравномерностей гравитационного поля Земли помогает ученым уточнить ее внутреннюю структуру и выяснить многие важные аспекты эволюции нашей планеты, а также других планет земной группы.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
геология Земля
Земля имеет форму шара | Интересные факты, мифы, заблуждения
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.
Предыдущая статья: Почему человек полнеет ?
Следующая статья: Почему пятница и число 13 принято считать плохим днем?
2.
4 Почти сферическая Земля
Вы знаете, что Земля не плоская; но, как мы уже поняли, он и не сферический! Для многих целей мы можем игнорировать отклонение от сферы; но, если точность имеет значение, Землю лучше всего описать как геоид. Геоид — эквипотенциальная поверхность гравитационного поля Земли; проще говоря, он имеет форму комковатого, слегка сплющенного шара. Определение точной формы геоида является главной задачей науки геодезия, изучение размеров, формы Земли, гравитационных и магнитных полей. Точность координат, определяющих географические местоположения, зависит от того, как сетка системы координат совмещена с поверхностью Земли, и это совмещение зависит от модели, которую мы используем для представления фактической формы геоида. Хотя геодезия — старая наука, остается много сложных проблем, и геодезисты продолжают добиваться успехов, которые увеличивают нашу способность точно определять местонахождение (и постепенно делают местоположение GPS в вашем телефоне более точным).
Геоиды неровные, потому что гравитация меняется от места к месту в ответ на местные различия в рельефе и различия в плотности материалов в недрах Земли. Геоид Земли также немного приземистый, как предполагалось выше. Сила тяжести на уровне моря на полюсах больше, чем сила тяжести на уровне моря на экваторе, что является следствием «сплюснутой» формы Земли, а также центробежной силы, связанной с ее вращением.
Рисунок 2.23. Форма Земли определяется как поверхность, близко близкая к среднему глобальному уровню моря, но на которой гравитация везде одинакова. Карикатура геоида, показанная выше, нарисована не в масштабе; нарушения сильно преувеличены.
Авторы и права: из Scales and Transformations Дэвида ДиБиасе, под лицензией CC BY-NC-SA 4.0
Геодезисты Национальной геодезической службы США (NGS Geoid 12A) описывают геоид как «эквипотенциальную поверхность», поскольку связанная с ней потенциальная энергия с гравитационным притяжением Земли эквивалентна везде на поверхности.
Геоид — это, по сути, трехмерная математическая поверхность, которая (насколько это возможно) соответствует гравитационным измерениям, проведенным в миллионах мест по всему миру. По мере появления дополнительных и более точных измерений силы тяжести геодезисты периодически пересматривают форму геоида. Некоторые модели геоида решаются только для ограниченных областей; Например, GEOID03 рассчитывается только для континентальной части США 9.0007
Важно отличать неровности геоида от неровностей рельефа Земли, поскольку геоиды зависят от гравитационных измерений, а не просто представляют топографические особенности Земли. Хотя топография Земли состоит из экстремальных высот, таких как гора Эверест (29 029 футов над уровнем моря), и невероятных глубин, таких как Марианская впадина (36 069 футов ниже уровня моря), в среднем рельеф Земли относительно ровный. Астроном Нил де Грасс Тайсон (2009) отмечает: «Земля как космический объект удивительно гладкая; если бы вы взяли гигантский палец и провели им по поверхности Земли (океанам и всему остальному), Земля была бы такой же гладкой, как биток.
Дорогие глобусы, на которых изображены приподнятые участки земной суши, указывающие на горные хребты, изображают сильно преувеличенную реальность (стр. 39).).»
2.4.1 Эллипсоид
Эллипсоид представляет собой трехмерную геометрическую фигуру, напоминающую сферу, но экваториальная ось которой ( a на рис. 2.23 выше) немного длиннее, чем ее полярная ось ( b ).Эллипсоиды обычно используются в качестве заменителей геоидов для упрощения математических расчетов, используемых для связывания сетки системы координат с моделью формы Земли. реальной формы Земли, чем простая сфера. Одно из следствий различных моделей Земли состоит в том, что они представляют высоты мест как разные. Геодезисты и инженеры измеряют высоты на строительных площадках и в других местах. Высоты выражаются по отношению к вертикальная отметка , опорная поверхность, такая как средний уровень моря. Различные геоиды и разные эллипсоиды определяют вертикальную датум по-разному.
На приведенной ниже карте (рис. 2.24) показаны различия высот между моделью геоида GEOID96 и эллипсоидом WGS84. Поверхность GEOID96 представляет собой поверхность на 75 метров выше, чем эллипсоид WGS84 над Новой Гвинеей (где карта окрашена в красный цвет). В Индийском океане (где карта окрашена в фиолетовый цвет) поверхность GEOID96 представляет собой поверхность примерно на 104 метра ниже поверхности эллипсоида.
Многие эллипсоиды используются по всему миру. Локальные эллипсоиды минимизируют различия между геоидом и эллипсоидом для отдельных стран или континентов. Эллипсоид Clarke 1866, например, минимизирует отклонения в Северной Америке.
Рисунок 2.24. Отклонения между эллипсоидом и геоидом.
Авторы и права: Национальная геодезическая служба, 1997 г.
После того, как мы определили предпочтительную форму для представления Земли (конкретный эллипсоид), следующим вопросом, который мы должны рассмотреть, является система координат, чтобы обеспечить средства для определения положения местоположения на этой сфере (сферическая система координат).
2.4.2 Горизонтальные исходные данные
Горизонтальные исходные данные — неуловимое понятие для многих специалистов по ГИС. Однако это относительно легко понять, если мы начнем с концепции, что данные определяют положение системы координат по отношению к размещаемым местам. Прежде чем рассматривать горизонтальные датумы в контексте географических (сферических) координат, рассмотрим приведенный ниже простой пример, в котором используются плоские координаты. В этом примере «датум» — это простая декартова сетка. На рисунке показано, что произошло бы, если бы горизонтальная система отсчета любой плоской системы координат имела бы другое начало, из которого были определены все координаты (например, если бы ложное начало любой зоны SPCS было немного другим местом).0007
Рисунок 2.25. Рисунки, показывающие смещение положения точки из-за изменения датума. Основываясь на оранжевой сетке, местоположение в Государственном колледже, штат Пенсильвания, обозначенное черной точкой, имеет координаты X и Y, соответственно, 3,0, 3,0.
Если используемая «исходная точка» определяется оранжевой сеткой, начало которой (точка 0-0) немного севернее и восточнее фиолетовой сетки, та же точка в Государственном колледже имеет расположение 2,5, 2,5. . Место в мире не изменилось, но оно имеет другие координаты, потому что данные, используемые для определения координатного пространства, сместились.
Авторы и права: Rachael Bianchetti, © Penn State University, лицензия CC BY-NC-SA 4.0
Исходя из приведенной выше модели, относительно легко визуализировать горизонтальную датум в контексте неспроецированных географических координат по отношению к опорный эллипсоид. Просто наложите сетку широты и долготы на эллипсоид и сдвиньте ее, чтобы правильно выровнять координаты с эллипсоидом, и вот ваш горизонтальный датум. Однако сложнее думать об датуме в контексте координатной сетки проекции, такой как UTM и SPC. Подумайте об этом так: сначала наложите сетку широты и долготы на эллипсоид. Затем спроецируйте эту сетку на двумерную плоскую поверхность.
Наконец, наложите прямоугольную сетку восточного и северного направлений на проекцию, используя контрольные точки для географической регистрации сетки. Вот вам и спроецированная координатная сетка, основанная на горизонтальной системе отсчета. Это будет выглядеть так же, как в примере выше; разница в том, как мы выясняем соответствие между сеткой и миром.
Во всем мире геодезисты определяют различные горизонтальные данные, которые подходят (точно) для разных мест. Датумы периодически обновляются, поскольку технология позволяет повысить точность, но изменения происходят нечасто, поскольку каждый раз, когда вносятся изменения, возникают серьезные последствия (в плане затрат и времени) для обновления информации о местоположении для каждого места, к которому относится датум. В США двумя наиболее часто встречающимися горизонтальными датумами являются Североамериканский датум 1927 (NAD 27) и данные по Северной Америке 1983 года (NAD 83). Появление Глобальной системы позиционирования (GPS) потребовало обновления NAD 27 до NAD 83, которое включало (а) принятие геоцентрического эллипсоида GRS 80 вместо эллипсоида Кларка 1866 года; и (б) исправление многих искажений, которые накопились в более старых данных.
Принимая во внимание, что реализация базы представляет собой сеть местоположений фиксированных контрольных точек, которые были заданы относительно одной и той же базовой поверхности, 1983 корректировка североамериканского датума привела к изменению значений координат каждой контрольной точки, управляемой Национальной геодезической службой (NGS). Очевидно, что сами точки не сместились из-за трансформации датума (хотя они смещались на сантиметр или более в год из-за тектоники плит). Скорее, сетки системы координат, основанные на системе отсчета, сместились относительно нового эллипсоида (точно так же, как сдвиг в координатах на плоскости, показанный выше), и поскольку локальные искажения были скорректированы одновременно, величина смещения сетки варьируется от места к месту. . На приведенном ниже рисунке сравнивается величина смещения сетки, связанная с регулировкой NAD 83 в одном месте.
Рисунок 2.26. Величина смещения сетки, связанная с регулировкой NAD 83 в одном месте.
Авторы и права: Геологическая служба США, общественное достояние.
используйте для корректировки локальных данных на основе более старых данных. Вместо этого NGS создала программу под названием NADCON (Dewhurst 19).90, Mulcare 2004), который вычисляет скорректированные координаты из заданных пользователем входных координат путем интерполяции пары сеток коррекции 15°, созданных NGS из сотен тысяч ранее скорректированных контрольных точек. Национальная геодезическая служба США (NGS Geoid Home) ведет базу данных спецификаций координат этих контрольных точек, включая исторические местоположения, а также более поздние корректировки.
Рисунок 2.27. Горизонтальная контрольная точка.
Авторы и права: Национальная геодезическая служба, 2004 г.
Геоиды, эллипсоиды и даже системы координат — все это абстракции. Тот факт, что «горизонтальные данные» относятся к отношениям между эллипсоидом и системой координат, двумя абстракциями, может объяснить, почему это понятие так часто неправильно понимают. Датумы имеют физические проявления: около двух миллионов горизонтальных и вертикальных контрольных точек, установленных в США.
Хотя маркеры контрольных точек фиксированы, координаты, определяющие их местоположение, могут меняться. В США расположение горизонтальных контрольных точек высокого порядка отмечено постоянными металлическими «памятниками», подобными показанному выше на рис. 2.27. Физическое воплощение данных представляет собой сеть измерений контрольных точек, отмеченных в реальном мире этими памятниками (Национальная геодезическая служба, 2004 г.).
Практическая викторина
Зарегистрированные учащиеся штата Пенсильвания должны вернуться сейчас – пройти тест для самооценки по теме «Почти сферическая Земля» .
Вы можете проходить пробные тесты столько раз, сколько пожелаете. Они не оцениваются и никак не влияют на вашу оценку.
Больше причин, по которым Земля может не быть сферической | The Guardian Nigeria News
Появились новые причины, по которым Земля не может быть сферической и в нашей планетной системе не может быть черных дыр.
Земля — третья планета от Солнца и единственный известный астрономический объект, на котором обитает жизнь.
Черная дыра — это область пространства-времени, демонстрирующая настолько сильное гравитационное ускорение, что ничто — ни частицы, ни даже электромагнитное излучение, такое как свет, — не может покинуть ее. Общая теория относительности предсказывает, что достаточно компактная масса может деформировать пространство-время, образуя черную дыру.
Но профессор инженерной геологии и бывший преподаватель физического факультета Государственного университета Абиа в Утуру Агву И. Агву привел больше причин, по которым Земля не может быть сферической, а плоской, и что черных дыр не существует.
До сих пор более ранние исследования Исаака Ньютона, Христофора Колумба, Национального агентства по аэронавтике и космонавтике США (НАСА), а также большинство книг по геологии и физике постулируют, что Земля круглая/сферическая и что на ней существуют волны со сложной амплитудой и черные дыры.
Действительно, до того, как Колумб плыл по синему океану, Аристотель и другие древнегреческие ученые предположили, что Земля круглая.
Это было основано на ряде наблюдений, таких как тот факт, что уходящие корабли не только кажутся меньше, когда они уплывают, но также, кажется, тонут в горизонте, как можно было бы ожидать, плывя по шару.
Исаак Ньютон впервые предположил, что Земля не идеально круглая. Вместо этого он предположил, что это был сплюснутый сфероид — сфера, сплющенная на полюсах и вздутая на экваторе.
Но Агву в своей последней книге «Реальная Земля и ее физика» сказал, согласно Strahler and Strahler 1983 (стр. 3-4), нет никаких сомнений в том, что Земля имеет сферическую форму. «Но сферически-симметричная система однородна и изотопна. Поэтому Земля с ее замерзающими полярными областями и пылающими экваториальными областями не может быть сферически симметричной», — сказал Агву.
Инженер-геолог объяснил: «Эта книга использует алгебру рулей, алгебру пар последовательных (c) натуральных чисел (N) или алгебру cN для построения своей физики. Настоящая алгебра позволяет нам определить точную форму Земли.
Это указывает на то, что эта форма очень похожа на чрезвычайно сплющенный диск. С помощью рулиевой алгебры мы получим большинство, если не все известные параметры процессов и явлений Земли…»
Интересно, что помимо споров о форме Земли и существовании черных дыр геолог сказал The Guardian: «Важно отметить, что некоторые выводы и выводы этой работы не согласуются с некоторыми общепринятыми представлениями».
О существовании черных дыр Агву сказал: «Поэтому кажется очевидным, что с помощью рулевой алгебры приближение, присущее некоторым обычным математическим уравнениям, будет устранено. Мы видели, что периоды повторения землетрясений можно точно предсказать. У нас нет волн со сложными амплитудами и черных дыр в системах алгебры cN».
Геолог заключил: «В общем введении и резюме мы вывели или представили алгебраический эквивалент почти всех известных фундаментальных уравнений математической физики. К ним относятся второй закон Ньютона, закон всемирного тяготения Ньютона, закон электрического взаимодействия Кулона, закон линейного электрического взаимодействия Ампера, закон Стефана Больцмана об излучении черного тела, закон Планка об излучении черного тела и квантование и т.
д. Мы оценили некоторые из этих уравнений и сравнили их. их численные значения в разных регионах мира с эмпирически полученными значениями. Мы обнаружили, что результаты наших уравнений можно назвать точными».
Агву далее объяснил: «Физика — это научная дисциплина, изучающая свойства материи. К таким свойствам относятся форма, размер, структура и движение материи. Среди этих четырех основных свойств материи форма, пожалуй, является наиболее важной. Это потому, что форма определяет природу и размер пространства, занимаемого материей. Он также определяет, как распределяется материя и характер движения материи. Может показаться удивительным, что условно форма Земли точно не известна.
«Кеплер пришел к выводу, что форма Земли и других планет эллиптическая. Более современные взгляды описывают форму Земли как эллипсоидальную, сфероидальную, сплюснутую сфероидальную и сферическую. Кажется очевидным, что пока мы не узнаем точную форму Земли, нам будет трудно узнать ее точный размер, точную структуру и точную картину движения.
Структура связана с тем, как распределены составные части системы. Форма определяет характер и характер движений, которые может иметь система…»
Помимо Агву, члены Общества Плоской Земли заявляют, что верят в то, что Земля плоская. Прогуливаясь по поверхности планеты, она выглядит и ощущается плоской, поэтому они считают все доказательства обратного, такие как спутниковые фотографии Земли в виде сферы, выдумкой «заговора вокруг Земли», организованного НАСА и другими правительственными агентствами.
Но критики говорят, что вера в то, что Земля плоская, была названа окончательной теорией заговора.
135-страничная книга, разделенная на 27 разделов, включая выводы, опубликована компанией Growthify Limited, 2019 г..
Книга охватывает «все или большинство так называемых фундаментальных уравнений старой или классической физики, современной или квантовой физики. Он также охватывает наиболее важные разделы астрономии и геофизики…»
Книга представляет собой сокращенную версию, представляющую миру альтернативный алгебраический метод получения точных значений параметров процессов и явлений Земли.
Он использует новый тип алгебры, называемый rill (точная кривизна физического пространства), пары консервативных натуральных чисел (DCN) или современная квантовая (MQ) алгебра.
Согласно Агву, эта алгебра возникла из количественных соотношений, обнаруженных между любыми двумя критически удаленными отметками ручейков на песчаных склонах холмов в разных регионах мира с дождями.
Следовательно, сказал он, эта алгебра является физической алгеброй. «Эта алгебра действительно очень проста. Он не включает иррациональные числа, комплексные числа или трансцендентные функции (синус, косинус, тангенс и т. д.). Это конечная алгебра, в которой используются целые числа и правильные рациональные дроби», — добавил Агву.
До сих пор, сказал Агву, он занимался независимыми исследованиями структуры материи более сорока лет. С любезного разрешения Международного журнала теоретической физики (IJTP) и секретаря его Совета редакторов, а затем Дэвида Финкельштейна, Агву стал членом-учредителем Международной ассоциации квантовых структур (IQSA) и объявлен в качестве приглашенного докладчика по очень чувствительной и важной теме.