Definición de "geoide"
Historia
El término "geoide" fue propuesto en 1873 por el matemático alemán Johann Benedikt Listing para referirse a una figura geométrica que refleja con mayor precisión la forma de la Tierra que un elipsoide de revolución.
Solicitud
El geoide es la superficie con respecto a la cual se mide la altura sobre el nivel del mar. Es necesario un conocimiento preciso del geoide, en particular, en navegación, para determinar la altura sobre el nivel del mar en función de la altura geodésica (elipsoidal), medida directamente por los receptores GPS, así como en oceanología física, para determinar las alturas del mar. superficie.
cuasi-geoide
La figura del geoide depende de la distribución de masas y densidades en el cuerpo de la Tierra. No tiene una expresión matemática exacta y es prácticamente indeterminado, por lo que en las mediciones geodésicas en Rusia y algunos otros países, en lugar del geoide, se utiliza su aproximación, el cuasi-geoide. El cuasi-geoide, a diferencia del geoide, está determinado sin ambigüedades por los resultados de las mediciones, coincide con el geoide en el territorio del Océano Mundial y está muy cerca del geoide en tierra, desviándose solo unos pocos centímetros en terreno plano y no más. de 2 metros en alta montaña.
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notas
Enlaces
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Sinónimos:- Campo de fuerza
- Belgorod-Dnestrovsky
Vea qué es "Geoide" en otros diccionarios:
GEOIDE- la verdadera forma de la Tierra; un cuerpo geométrico irregular, cuya superficie en cada punto es perpendicular a la dirección real de la plomada en ese punto. Diccionario marino Samoilov K.I. M. L.: Estado Naval ... ... Diccionario Marino
geoide- una superficie geométricamente compleja de valores iguales del potencial de gravedad, que coincide con la superficie inalterada del Océano Mundial y se extiende sobre los continentes. G. determina la figura de la Tierra, difiere significativamente de la física. la superficie de la tierra, ... ... Enciclopedia geológica
geoide- La figura de la Tierra, formada por una superficie plana coincidente con la superficie del Océano Mundial en estado de completo reposo y equilibrio y continuada bajo los continentes. [GOST 22268 76] [GOST R 52334 2005] geoide Superficie geométricamente compleja con ... ... Manual del traductor técnico
GEOIDE- (del geo... y griego. eidos view) la figura de la Tierra, limitada por una superficie plana, continuaba bajo los continentes. La superficie del geoide difiere de la superficie física de la Tierra, en la que se pronuncian montañas y depresiones oceánicas... Gran diccionario enciclopédico
GEOIDE- GEOIDE, la forma geométrica que teóricamente debería tener la superficie real de la Tierra. En realidad, la Tierra no es una esfera, sino que tiene una forma aproximadamente elíptica, con un abultamiento cerca del ecuador y un achatamiento hacia los polos. ver también GEODESIA... Diccionario enciclopédico científico y técnico.
geoide- sustantivo, número de sinónimos: 1 forma (79) Diccionario de sinónimos ASIS. VN Trishin. 2013... Diccionario de sinónimos
geoide- Geoide: una superficie plana que se aproxima mejor al nivel del mar tanto a nivel local como global...
Por cierto, si usted, mi lector, es una persona atenta, probablemente haya notado que cuando hablo de medidas de grado, siempre hablo de medidas del meridiano. Y el lector atento tiene derecho a preguntar: “¿Por qué no hay historias sobre medidas a lo largo de paralelos?”
El caso es que resultó ser mucho más difícil. Fue solo en el siglo XIX que se emprendió un trabajo verdaderamente grande y serio en esta dirección. Científicos de Inglaterra, Bélgica, Rusia y Alemania construyeron puntos de triangulación a lo largo del paralelo 52 desde Haverfordwest en las Islas Británicas hasta la ciudad rusa de Orsk en el río Ural.
Posteriormente, hacia mediados del siglo XIX, el matemático alemán Carl Friedrich Gauss notó que los meridianos Tierra generalmente no debe tener la misma longitud. Y nuestro propio planeta, debido a la distribución desigual masas en su interior, muy probablemente, debería tener una figura algo diferente a un esferoide regular. Es cierto que sus consideraciones no llamaron mucho la atención. Mientras tanto, las medidas de grado seguían acumulándose y acumulándose. Especialmente muchos de ellos se fabricaron en Rusia y luego en la URSS.
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En 1940, la forma de la Tierra incluso recibió el nombre generalizado de "elipsoide de Krasovsky", por el nombre del científico soviético que dirigió estos trabajos. Sin embargo, las figuras de rotación no eran adecuadas para describir con precisión la Tierra. Y cuando finalmente se aclaró la forma de nuestro planeta con la ayuda de satélites artificiales, todos los investigadores volvieron al término especial "geoide", propuesto en 1873 por el científico inglés Listing. La palabra proviene del nombre griego tierra- "ge" y la palabra griega "eidos" - ver. Si se traduce literalmente al ruso, resulta que la figura de la Tierra es similar a la Tierra. ¿Cómo entenderlo?..
En principio, el geoide no es una figura exacta de nuestro planeta. Esta es una figura idealizada, sin tener en cuenta las montañas, huecos. Tal como sería si hubiera un Diluvio en la Tierra. Y al mismo tiempo, no deben actuar sobre el planeta perturbaciones cósmicas, ni atracción solar ni lunar, por lo que no se prevén mareas, ni flujos ni reflujos en el océano. Porque sólo entonces el agua que inunda la Tierra tendrá una superficie en todas partes perpendicular a la dirección de la gravedad. Y resulta que no necesariamente aspira exactamente al centro en todas partes. ¿Cómo se ve tal geoide?
Cuando, según los satélites artificiales, los operadores informáticos calcularon la superficie de la tierra, resultó que se parecía un poco a una pera. El Polo Norte está ligeramente elevado, el Polo Sur está hundido. Encontraron abolladuras en Asia y América del Norte, encontraron montículos en los océanos Atlántico y Pacífico.
El geoide es un modelo de la figura de la Tierra (es decir, su análogo en tamaño y forma), que coincide con el nivel medio del mar, y en las regiones continentales está determinado por el nivel de burbuja. Sirve como superficie de referencia a partir de la cual se miden las alturas topográficas y las profundidades oceánicas. La disciplina científica sobre la forma exacta de la Tierra (geoide), su definición y significado se llama geodesia. Más información detallada esto se presenta en el artículo.
Constancia potencial
El geoide es en todas partes perpendicular a la dirección de la gravedad y se aproxima a la forma de un esferoide achatado regular. Sin embargo, este no es el caso en todas partes debido a las concentraciones locales de masa acumulada (desviaciones de la uniformidad en profundidad) y debido a las diferencias de altura entre los continentes y el fondo marino. Matemáticamente hablando, el geoide es una superficie equipotencial, es decir, caracterizada por la constancia de la función potencial. Describe los efectos combinados de la atracción gravitacional de la masa de la Tierra y la repulsión centrífuga causada por la rotación del planeta sobre su eje.
Modelos simplificados
El geoide, debido a la distribución desigual de la masa y la masa resultante, no es una simple superficie matemática. No es del todo adecuado para el estándar de la figura geométrica de la Tierra. Para esto (pero no para la topografía), simplemente se utilizan aproximaciones. En la mayoría de los casos, una esfera es una representación geométrica suficiente de la Tierra, para la cual solo se debe especificar el radio. Cuando se requiere una aproximación más precisa, se usa un elipsoide de revolución. Esta es la superficie creada al rotar una elipse 360° sobre su eje menor. El elipsoide utilizado en los cálculos geodésicos para representar la Tierra se denomina elipsoide de referencia. Esta forma se usa a menudo como una superficie base simple.
El elipsoide de revolución viene dado por dos parámetros: semieje mayor (radio ecuatorial de la Tierra) semieje menor (radio polar). El achatamiento f se define como la diferencia entre los semiejes mayor y menor dividida por la f mayor = (a - b) / a. Los semiejes de la Tierra difieren en unos 21 km y la elipticidad es de aproximadamente 1/300. Las desviaciones del geoide respecto al elipsoide de revolución no superan los 100 m. La diferencia entre los dos semiejes de la elipse ecuatorial en el caso de un modelo de elipsoide triaxial de la Tierra es de sólo unos 80 m.
Concepto de geoide
El nivel del mar, incluso en ausencia de los efectos de las olas, los vientos, las corrientes y las mareas, no forma una figura matemática simple. La superficie no perturbada del océano debería ser la superficie equipotencial del campo gravitacional, y dado que este último refleja las faltas de homogeneidad de la densidad dentro de la Tierra, lo mismo se aplica a las equipotenciales. Parte del geoide es la superficie equipotencial de los océanos, que coincide con el nivel medio del mar no perturbado. Debajo de los continentes, el geoide no es directamente accesible. Más bien, representa el nivel al que subirá el agua si se hacen canales estrechos a través de los continentes de océano a océano. La dirección local de la gravedad es perpendicular a la superficie del geoide, y el ángulo entre esta dirección y la normal al elipsoide se denomina desviación de la vertical.
Desviaciones
Puede parecer que el geoide es un concepto teórico con escaso valor práctico, especialmente en relación con puntos de la superficie terrestre de los continentes, pero no es así. Las alturas de los puntos en el suelo se determinan mediante alineación geodésica, en la que se establece una tangente a la superficie equipotencial con un nivel de burbuja y los postes calibrados se alinean con una plomada. Por lo tanto, las diferencias de altura se determinan con respecto al equipotencial y por lo tanto muy cerca del geoide. Así, la determinación de 3 coordenadas de un punto de la superficie continental por métodos clásicos requería el conocimiento de 4 valores: latitud, longitud, altura sobre el geoide terrestre y desviación del elipsoide en ese lugar. La desviación vertical jugó un papel importante, ya que sus componentes en direcciones ortogonales introdujeron los mismos errores que en las determinaciones astronómicas de latitud y longitud.
Aunque la triangulación geodésica proporcionó posiciones horizontales relativas con alta precisión, las redes de triangulación en cada país o continente partían de puntos con posiciones astronómicas asumidas. La única forma de combinar estas redes en un sistema global era calcular las desviaciones en todos los puntos de partida. Métodos modernos El posicionamiento geodésico ha cambiado este enfoque, pero el geoide sigue siendo un concepto importante con alguna utilidad práctica.
Definición de formulario
El geoide es esencialmente la superficie equipotencial de un campo gravitatorio real. En las proximidades de un exceso de masa local, que suma el potencial ΔU al potencial normal de la Tierra en el punto, para mantener un potencial constante, la superficie debe deformarse hacia el exterior. La onda viene dada por la fórmula N= ΔU/g, donde g es el valor local de la aceleración de la gravedad. El efecto de masa sobre el geoide complica una imagen sencilla. Esto se puede solucionar en la práctica, pero conviene considerar un punto a nivel del mar. El primer problema es determinar N no en términos de ΔU, que no se mide, sino en términos de la desviación de g del valor normal. La diferencia entre la gravedad local y la teórica a la misma latitud de una Tierra elipsoidal libre de cambios de densidad es Δg. Esta anomalía se produce por dos motivos. En primer lugar, por la atracción del exceso de masa, cuyo efecto sobre la gravedad viene determinado por la derivada radial negativa -∂(ΔU) / ∂r. En segundo lugar, por el efecto de la altura N, ya que la gravedad se mide sobre el geoide, y el valor teórico se refiere al elipsoide. El gradiente vertical g al nivel del mar es -2g/a, donde a es el radio de la Tierra, por lo que el efecto altura viene dado por (-2g/a) N = -2 ΔU/a. Así, combinando ambas expresiones, Δg = -∂/∂r(ΔU) - 2ΔU/a.
Formalmente, la ecuación establece una relación entre ΔU y el valor medible Δg, y luego de determinar ΔU, la ecuación N= ΔU/g dará la altura. Sin embargo, dado que Δg y ΔU contienen los efectos de anomalías de masa en un área indefinida de la Tierra, y no solo debajo de la estación, la última ecuación no se puede resolver en un punto sin referencia a otros.
El problema de la relación entre N y Δg fue resuelto por el físico y matemático británico Sir George Gabriel Stokes en 1849. Obtuvo una ecuación integral para N que contenía los valores de Δg en función de su distancia esférica a la estación. Hasta el lanzamiento de los satélites en 1957, la fórmula de Stokes era el principal método para determinar la forma del geoide, pero su aplicación presentaba grandes dificultades. La función de distancia esférica contenida en el integrando converge muy lentamente, y cuando se intenta calcular N en cualquier punto (incluso en países donde g se ha medido a gran escala), surge incertidumbre debido a la presencia de áreas inexploradas que pueden estar a considerables distancias. distancias desde las estaciones.
Contribución satelital
La llegada de los satélites artificiales, cuyas órbitas se pueden observar desde la Tierra, revolucionó por completo el cálculo de la forma del planeta y su campo gravitatorio. A las pocas semanas del lanzamiento del primer satélite soviético en 1957 se obtuvo un valor de elipticidad que suplantó a todos los anteriores. Desde entonces, los científicos han refinado repetidamente el geoide con programas de observación desde la órbita cercana a la Tierra.
El primer satélite geodésico fue Lageos, lanzado por Estados Unidos el 4 de mayo de 1976, en una órbita casi circular a una altitud de unos 6.000 km. Era una esfera de aluminio de 60 cm de diámetro con 426 reflectores de rayos láser.
La forma de la Tierra se estableció a través de una combinación de observaciones de Lageos y mediciones superficiales de la gravedad. Las desviaciones del geoide del elipsoide alcanzan los 100 m, y la deformación interna más pronunciada se encuentra al sur de la India. No existe una correlación directa obvia entre continentes y océanos, pero existe una conexión con algunas características básicas de la tectónica global.
altimetría de radar
El geoide de la Tierra sobre los océanos coincide con el nivel medio del mar, siempre que no existan efectos dinámicos de la acción de vientos, mareas y corrientes. El agua refleja las ondas de radar, por lo que se puede utilizar un satélite equipado con un altímetro de radar para medir la distancia a la superficie de los mares y océanos. El primer satélite de este tipo fue Seasat 1 lanzado por los Estados Unidos el 26 de junio de 1978. Con base en los datos obtenidos, se compiló un mapa. Las desviaciones del resultado de los cálculos realizados por el método anterior no superan 1 m.
En una primera aproximación, la tierra puede considerarse una esfera. En la segunda aproximación, la Tierra se toma como un elipsoide de revolución; en algunos estudios se considera un elipsoide biaxial. geoide- un cuerpo tomado como la figura teórica de la Tierra, limitado por la superficie de los océanos en su estado de calma, continuado bajo los continentes, debido a la desigual distribución de masas en la corteza terrestre el geoide tiene una forma geométrica irregular y su superficie no se puede expresar matemáticamente, lo cual es necesario para resolver problemas geodésicos. Al resolver problemas geodésicos, el geoide se reemplaza por superficies geométricamente regulares cercanas a él. Entonces, para cálculos aproximados, la Tierra se toma como una bola con un radio de 6371 km. Más cerca de la forma del geoide está el elipsoide, una figura que se obtiene girando una elipse (Fig. 2.1) alrededor de su eje menor. Las dimensiones del elipsoide terrestre se caracterizan por los siguientes parámetros principales: a- eje principal b eje semi-menor, compresión polar y mi es la primera excentricidad de la elipse del meridiano, donde y.
Se hace una distinción entre un elipsoide terrestre general y un elipsoide de referencia.
Centro elipsoide terrestre se colocan en el centro de masa de la Tierra, el eje de rotación se alinea con el eje de rotación promedio de la Tierra, y las dimensiones se toman para asegurar la mayor proximidad de la superficie del elipsoide a la superficie del geoide. El elipsoide terrestre general se utiliza para resolver problemas geodésicos globales y, en particular, en el procesamiento de mediciones satelitales. En la actualidad, se utilizan ampliamente dos elipsoides terrestres generales: PZ-90 (Parameters of the Earth 1990, Rusia) y WGS-84 (World Geodetic System 1984, EE. UU.).
Elipsoide de referencia- un elipsoide adoptado para trabajos geodésicos en un país en particular. El sistema de coordenadas adoptado en el país está asociado al elipsoide de referencia. Los parámetros del elipsoide de referencia se seleccionan bajo la condición de la mejor aproximación de una parte dada de la superficie terrestre. En este caso, no se logra la alineación de los centros del elipsoide y la Tierra.
En Rusia, desde 1946, se ha utilizado como elipsoide de referencia. Elipsoide de Krasovsky con parámetros: A= 6 378 245 m, a = 1/298,3.
2. Sistemas de coordenadas en geodesia. Alturas absolutas y relativas.
Sistemas de coordenadas utilizados en geodesia
Para determinar la posición de los puntos en geodesia se utilizan coordenadas espaciales rectangulares, geodésicas y rectangulares planas.
Coordenadas espaciales rectangulares. El origen del sistema de coordenadas se encuentra en el centro. O elipsoide terrestre (Fig. 2.2).
Eje Z está dirigido a lo largo del eje de rotación del elipsoide hacia el norte. Eje X se encuentra en la intersección del plano ecuatorial con el primer meridiano de Greenwich. Eje Y dirigido perpendicularmente a los ejes Z Y X hacia el este.
Coordenadas geodésicas. Las coordenadas geodésicas de un punto son su latitud, longitud y altura (Fig. 2.2).
Latitud geodésica puntosMETRO llamado el ángulo EN formado por la normal a la superficie del elipsoide que pasa por Punto dado, y el plano del ecuador.
La latitud se mide desde el ecuador norte y sur de 0 a 90 y se llama norte o sur. La latitud norte se considera positiva y la latitud sur es negativa.
Planos de sección de un elipsoide que pasa por un eje onz, son llamados meridianos geodésicos.
Longitud geodésica puntos METRO llamado ángulo diédrico L, formada por los planos del meridiano geodésico inicial (Greenwich) y el meridiano geodésico del punto dado.
La longitud se mide desde el primer meridiano en el rango de 0 a 360 este, o de 0 a 180 este (positivo) y de 0 a 180 oeste (negativo).
Punto de elevación geodésica METRO es su altura H sobre la superficie del elipsoide terrestre.
Las coordenadas geodésicas con coordenadas espaciales rectangulares están relacionadas por las fórmulas
X=(N+H) porque B porque L, Y=(N+H) porque B pecado L, Z=[(1 mi 2 )N+H] pecado B,
Dónde mi- la primera excentricidad de la elipse del meridiano y norte radio de curvatura de la primera vertical. Donde norte= a/ (1mi 2 pecado 2 B) 1/2 . Las coordenadas rectangulares espaciales y geodésicas de los puntos se determinan utilizando mediciones satelitales, así como vinculándolas con mediciones geodésicas a puntos con coordenadas conocidas. Tenga en cuenta que junto con las geodésicas, también hay latitud y longitud astronómicas. Latitud astronómica es el ángulo que forma una plomada en un punto dado con el plano del ecuador. Longitud astronómica es el ángulo entre los planos del meridiano de Greenwich y el meridiano astronómico que pasa por la plomada en un punto dado. Las coordenadas astronómicas se determinan sobre el terreno a partir de observaciones astronómicas. Las coordenadas astronómicas difieren de las geodésicas porque las direcciones de las plomadas no coinciden con las direcciones de las normales a la superficie del elipsoide. El ángulo entre la dirección de la normal a la superficie del elipsoide y la plomada en un punto dado de la superficie terrestre se llama plomada.
Una generalización de las coordenadas geodésicas y astronómicas es el término - coordenadas geográficas.
Coordenadas rectangulares planas. Para resolver los problemas de la geodesia de ingeniería, de las coordenadas espaciales y geodésicas, pasan a coordenadas planas más simples, que permiten representar el terreno en un plano y determinar la posición de los puntos con dos coordenadas. X Y en.
Dado que la superficie convexa de la Tierra no se puede representar en un plano sin distorsión, la introducción de coordenadas planas solo es posible en áreas limitadas donde las distorsiones son tan pequeñas que pueden despreciarse. En Rusia, se adopta un sistema de coordenadas rectangulares, cuya base es la proyección cilíndrica transversal conforme de Gauss. La superficie de un elipsoide se representa en un plano en partes llamadas zonas. Las zonas son bicagonos esféricos delimitados por meridianos y que se extienden desde el polo norte hacia el sur (Fig. 2.3). El tamaño de la zona en longitud es 6. El meridiano central de cada zona se denomina meridiano axial. Las zonas están numeradas desde Greenwich hacia el este.
La longitud del meridiano axial de la zona con el número N es igual a:
0 = 6 norte 3 .
El meridiano axial de la zona y el ecuador se representan en el plano mediante líneas rectas (Fig. 2.4). El meridiano axial se toma como eje de abscisas. X, y el ecuador - para el eje y y. Su intersección (punto O) sirve como el origen de la zona dada.
Para evitar valores de ordenadas negativos, las coordenadas de intersección se toman iguales a X 0 = 0, y 0 = 500 km, lo que equivale a un cambio de eje X al oeste por 500 km.
De modo que por las coordenadas rectangulares de un punto es posible juzgar en qué zona se encuentra, a la ordenada y a la izquierda, se asigna el número de la zona de coordenadas.
Sean, por ejemplo, las coordenadas del punto A parece:
X A = 6 276 427 metros, y A= 12 428 566 m
Estas coordenadas indican que el punto A ubicado a una distancia de 6276427 m del ecuador, en la parte occidental ( y 500 km) de la zona de coordenadas 12, a una distancia de 500000 428566 = 71434 m del meridiano axial. Para coordenadas espaciales rectangulares, geodésicas y rectangulares planas en Rusia, se adopta un sistema de coordenadas unificado SK-95, fijado en el suelo por puntos de la red geodésica estatal y construido de acuerdo con mediciones satelitales y terrestres a partir de la era 1995.
Sistemas de altura
Las alturas en geodesia de ingeniería se cuentan desde una de las superficies de nivel. altura del punto llame a la distancia a lo largo de la plomada desde el punto hasta la superficie plana, tomada como el comienzo del cálculo de las alturas.
Las alturas son absolutas si se cuentan desde la superficie del nivel principal, es decir, desde la superficie del geoide. En la fig. 2,5 segmentos de plomada Ah Y v.v. alturas absolutas de los puntos A Y EN.
Las alturas se llaman condicionales, si se selecciona cualquier otra superficie nivelada como el comienzo del cálculo de la altura. En la fig. 2,5 segmentos de plomada Ah Y v.v. alturas condicionales de los puntos A Y EN.
adoptado en Rusia Sistema de altura báltico. Las alturas absolutas se cuentan a partir de la superficie plana. El valor numérico de la altura suele llamarse marca. Por ejemplo, si la altura del punto A es igual a H A\u003d 15.378 m, luego dicen que la elevación del punto es 15.378 m.
La diferencia de altura entre dos puntos se llama exceso. Entonces, excediendo el punto EN sobre el punto A es igual
h AB = H EN H A .
Conociendo la altura del punto A, para determinar la altura de un punto EN en el suelo medir el exceso h AB. altura del punto EN calculado según la fórmula
H EN = H A + h AB .
La medida de las elevaciones y el posterior cálculo de las alturas de los puntos se denomina arrasamiento.
La altura absoluta de un punto debe distinguirse de su geodésico altura, es decir, la altura medida desde la superficie del elipsoide terrestre (ver apartado 2.2). La altura geodésica difiere de la altura absoluta por la desviación de la superficie del geoide de la superficie del elipsoide.
Nuestro planeta es uno de los 9 que giran alrededor del sol. Incluso en la antigüedad, aparecieron las primeras ideas sobre la forma y el tamaño de la Tierra.
¿Cómo han cambiado las ideas sobre la forma de la Tierra?
Los pensadores antiguos (Aristóteles - siglo III a. C., Pitágoras - siglo V a. C., etc.) expresaron hace muchos siglos la idea de que nuestro planeta tiene una forma esférica. Aristóteles (en la foto de abajo), en particular, enseñó después de Eudoxo que la Tierra, que es el centro del Universo, es esférica. Vio prueba de esto en la naturaleza de los eclipses lunares. Con ellos, la sombra que proyecta nuestro planeta sobre la Luna tiene una forma redondeada en los bordes, lo que es posible solo si es esférica.
Las investigaciones astronómicas y geodésicas realizadas en los siglos siguientes nos dieron la oportunidad de juzgar cuáles son en realidad la forma y las dimensiones de la Tierra. Hoy, que es redondo, lo saben de pequeño a grande. Pero hubo épocas en la historia en las que se creía que el planeta Tierra era plano. Hoy, gracias al progreso de la ciencia, ya no dudamos de que es redondo, no plano. Prueba indiscutible de ello son las fotografías espaciales. La esfericidad de nuestro planeta conduce al hecho de que la superficie terrestre se calienta de manera desigual.
Pero, de hecho, la forma de la Tierra no es exactamente igual a como solíamos pensar. Este hecho es conocido por los científicos, y actualmente se utiliza para resolver problemas en el campo de la navegación por satélite, la geodesia, la astronáutica, la astrofísica y otras ciencias afines. Por primera vez, Newton expresó la idea de cuál es la forma real de la Tierra a principios de los siglos XVII-XVIII. Él justificó teóricamente la suposición de que nuestro planeta, bajo la influencia de la gravedad sobre él, debería comprimirse en la dirección del eje de rotación. Y esto significa que la forma de la Tierra es un esferoide o un elipsoide de revolución. El grado de compresión depende de la velocidad angular de rotación. Es decir, cuanto más rápido gira el cuerpo, más se aplana en los polos. Este científico partió del principio de la gravitación universal, así como de la suposición de una masa líquida homogénea. Asumió que la Tierra es un elipsoide comprimido y determinó, dependiendo de la velocidad de rotación, el tamaño de la compresión. Después de algún tiempo, Maclaurin demostró que si nuestro planeta es un elipsoide comprimido en los polos, entonces el equilibrio de los océanos que cubren la Tierra está asegurado.
¿Podemos suponer que la Tierra es redonda?
Si el planeta Tierra se ve desde lejos, parecerá casi perfectamente redondo. Un observador que no se preocupa por la alta precisión de la medición bien puede considerarlo como tal. El radio medio de la Tierra en este caso es de 6371,3 km. Pero si nosotros, tomando la forma de nuestro planeta como una bola ideal, comenzamos a hacer mediciones precisas de las diversas coordenadas de puntos en la superficie, no lo lograremos. El hecho es que nuestro planeta no es una bola perfectamente redonda.
Diferentes formas de describir la forma de la Tierra
La forma del planeta Tierra se puede describir de dos formas principales, así como varias derivadas. Puede tomarse en la mayoría de los casos como un geoide o un elipsoide. Es interesante que la segunda opción se describa fácilmente matemáticamente, pero la primera no se describe en principio, ya que para determinar la forma exacta del geoide (y, en consecuencia, de la Tierra), se realizan mediciones prácticas de la gravedad en varios puntos de la superficie de nuestro planeta.
Elipsoide de revolución
Todo está claro con el elipsoide de revolución: esta figura se asemeja a una pelota, que se aplana desde abajo y desde arriba. El hecho de que la forma de la Tierra sea un elipsoide es bastante comprensible: las fuerzas centrífugas surgen debido a la rotación de nuestro planeta en el ecuador, mientras que no existen en los polos. Como resultado de la rotación, así como de las fuerzas centrífugas, la Tierra se ha vuelto "gorda": el diámetro del planeta a lo largo del ecuador es aproximadamente 50 km más grande que el diámetro polar.
Características de una figura llamada "geoide"
Una figura extremadamente compleja es el geoide. Existe sólo en teoría, pero en la práctica no se puede sentir ni ver. Uno puede imaginar el geoide como una superficie, la fuerza de gravedad en cada punto de la cual se dirige estrictamente verticalmente. Si nuestro planeta fuera una bola regular llena uniformemente con alguna sustancia, entonces la plomada en cualquier punto miraría hacia el centro de la bola. Pero la situación se complica por el hecho de que la densidad de nuestro planeta es heterogénea. En algunos lugares hay rocas pesadas, en otros vacíos, las montañas y las depresiones se encuentran dispersas por toda la superficie, las llanuras y los mares también se distribuyen de manera desigual. Todo esto cambia el potencial gravitacional en cada punto específico. El hecho de que la forma del globo sea un geoide también es el culpable del viento etéreo que sopla nuestro planeta desde el norte.
¿Quién estudió los geoides?
Tenga en cuenta que el concepto mismo de "geoide" fue introducido por Johann Listing (en la foto a continuación), un físico y matemático, en 1873.
Debajo, que significa en griego "vista de la Tierra", se significaba una figura formada por la superficie del Océano Mundial, así como los mares que se comunican con él, a un nivel de agua promedio, la ausencia de perturbaciones de mareas, corrientes, y diferencias presión atmosférica etc. Cuando dicen que tal o cual altura sobre el nivel del mar, esto significa la altura desde la superficie del geoide en este punto del globo, a pesar de que no hay mar en este lugar, y se encuentra a varios miles kilómetros de él.
Posteriormente, el concepto de geoide se perfeccionó repetidamente. Por lo tanto, el científico soviético M. S. Molodensky creó su propia teoría para determinar el campo gravitatorio y la figura de la Tierra a partir de mediciones realizadas en su superficie. Para hacer esto, desarrolló un dispositivo especial que mide la gravedad: un gravímetro de resorte. Fue él quien también propuso el uso de un cuasi-geoide, que está determinado por los valores que toma el potencial de gravedad en la superficie de la Tierra.
Más sobre el geoide
Si la gravedad se mide a 100 km de las montañas, entonces la plomada (es decir, el peso en el hilo) se desviará en su dirección. Tal desviación de la vertical es imperceptible para nuestro ojo, pero los instrumentos la detectan fácilmente. Se observa una imagen similar en todas partes: las desviaciones de la plomada son mayores en algún lugar, en algún lugar son menores. Y recordamos que la superficie del geoide siempre es perpendicular a la plomada. De esto queda claro que el geoide es una figura muy compleja. Para imaginarlo mejor, puede hacer lo siguiente: esculpir una bola de arcilla, luego apretarla por ambos lados para formar una forma aplanada, luego hacer golpes y abolladuras en el elipsoide resultante con los dedos. Tal bola arrugada aplanada mostrará de manera bastante realista la forma de nuestro planeta.
¿Por qué necesitamos saber la forma exacta de la Tierra?
¿Por qué necesitas conocer su forma con tanta precisión? ¿Qué no satisface a los científicos sobre la forma esférica de la Tierra? ¿Debería complicarse la imagen con el geoide y el elipsoide de revolución? Sí, hay una necesidad urgente de esto: las cifras cercanas al geoide ayudan a crear cuadrículas de coordenadas que son las más precisas. Ni la investigación astronómica, ni los levantamientos geodésicos, ni varios sistemas la navegación por satélite (GLONASS, GPS) no puede existir y llevarse a cabo sin determinar una forma bastante precisa de nuestro planeta.
Varios sistemas de coordenadas
Actualmente, el mundo tiene varios sistemas de coordenadas tridimensionales y bidimensionales con significado mundial, así como varias docenas de sistemas locales. Cada uno de ellos tiene su propia forma de la Tierra. Esto lleva al hecho de que las coordenadas que fueron determinadas por diferentes sistemas son algo diferentes. Curiosamente, para calcularlos en puntos ubicados en el territorio de un país, lo más conveniente será tomar la forma de la Tierra como elipsoide de referencia. Esto ahora está establecido incluso en el más alto nivel legislativo.
Elipsoide de Krasovsky
Si hablamos de los países de la CEI o Rusia, entonces, en el territorio de estos estados, la forma de nuestro planeta se describe mediante el llamado elipsoide de Krasovsky. Fue identificado en 1940. Los sistemas de coordenadas nacionales (PZ-90, SK-63, SK-42) y extranjeros (Afgooye, Hanoi 1972) se crearon sobre la base de esta figura. Todavía se utilizan con fines prácticos y científicos. Curiosamente, GLONASS se basa en el sistema PZ-90, que es superior en precisión al sistema análogo WGS84 adoptado como base para el GPS.
Conclusión
Resumiendo, digamos nuevamente que la forma de nuestro planeta es diferente a la de la pelota. La tierra se acerca en su forma a un elipsoide de revolución. Como ya hemos señalado, esta pregunta no es para nada ociosa. Determinar exactamente qué forma tiene la Tierra les da a los científicos una poderosa herramienta para calcular las coordenadas de los cuerpos celestes y terrestres. Y esto es muy importante para la navegación espacial y marina, durante la construcción, trabajos geodésicos, así como en muchas otras áreas de la actividad humana.