Геоид что это в географии
Форма Земли, или что такое геоид
Всем привет. Из дискуссий о форме Земли я часто замечаю, что люди знают слово геоид, но зачастую не представляют, что именно это слово означает. Хочу тезисно осветить тему.
В последующие века геодезия (наука о фигуре Земли) продолжала развиваться, а с появлением космических аппаратов в 20 веке появилась и спутниковая геодезия, с помощью которой удалось дополнительно уточнить параметры фигуры Земли.
В качестве системы описания параметров Земли используется WGS 84 или её российский аналог ПЗ-90. В качестве отсчётного тела используется общеземной эллипсоид вращения с большой полуосью (то есть средним экваториальным радиусом) 6378 км и сжатием эллипсоида 1/298. [3]
Например сверху Северный полюс, снизу Южный, вращаем этот эллипс вокруг оси, проходящей через полюса, и получаем общеземной эллипсоид вращения. Внимание, вопрос: видите ли вы отличие этого эллипса от окружности? Вряд ли. Поэтому если вы упоминаете сплюснутость Земли сами или слышите о сплюснутости от другого человека, вспоминайте эту картинку.
В некоторых сетевых дискуссиях люди меня уверяли, что если фигура хоть сколько-то отличается от шара, то это уже не шар. Вот такая, понимаете ли, принципиальность. Мои попытки рассказать этим людям, что идеальных геометрических фигур в физической реальности не существует, были не очень успешны. И когда я демонстрировал вышеприведённую картинку и спрашивал, чем же она так отличается от окружности, мне либо говорили, что я рисую вообще что-то не то, либо разводили руками.
Из вышесказанного вы уже понимаете, что вторым приближением к форме Земли является общеземной эллипсоид вращения (с вышеуказанными величинами большой полуоси и сжатия). Если представить себе Землю без суши, с ровным дном и без неоднородных вкраплений (плотные породы и тому подобное), то форма Земли (а именно поверхность мирового океана) с хорошей точностью совпадала бы с эллипсоидом вращения.
К слову, эллипсоид вращения и образовался как раз из-за суточного вращения нашей планеты, и когда возникает вопрос «почему нет горба воды в районе экватора из-за вращения», я отвечаю, что «горб» как раз есть, но он размазан между экватором и полюсом. Сумма гравитационной и центробежной сил как раз и дают направление силы тяжести (локальной вертикали), которая практически перпендикулярна к нашему эллипсоиду.
Практически перпендикулярна, однако в следующем, третьем приближении, есть отклонения направления силы тяжести (называется уклонением отвеса), связанные с неоднородностями: неровная поверхность суши и дна водоёмов, а также неравномерное распределение плотностей во внутренней структуре Земли. Это приводит к тому, что реальная поверхность мирового океана отличается от эллипсоида на величины до 100 метров. Такая уровенная поверхность невозмущённой поверхности мирового океана, причём продолженная под континентами, и называется геоидом. [4]
Так выглядит карта высот геоида относительно эллипсоида:
Понятно, что если на глаз трудно отличить даже 20-километровую сплюснутость Земли (эллипсоид в сравнении с шаром), то отличия геоида от эллипсоида в десятки метров в масштабе были бы тем более незаметны. Поэтому для целей визуализации отличий геоида от эллипсоида (не от шара, подчёркиваю) была сделана картинка, в которой эти отличия были утрированы на несколько порядков. А затем эту картинку кто-то вбросил со словами «так выглядит Земля без воды!» И почему-то этот вброс в своё время приобрёл вирусный характер, и до сих пор многие так и продолжают считать, что это форма Земли без воды:
Ну и завершим мы такой, например, вполне подходящей картинкой, на которой не в масштабе, а условно приведены разные поверхности всех трёх приближений к форме Земли (сфера, эллипсоид вращения, геоид):
[1] Эти измерения проводили с помощью триангуляционной разметки на Земле и последующих астрономических измерений высоты кульминации выбранной звезды.
[3] Приведённые значения округлены, более точные значения составляют 6378136 метров и 1/298.258.
Геоид
Гео́ид (от др.-греч. γῆ — Земля и др.-греч. εἶδος — вид, букв. — «нечто подобное Земле») — эквипотенциальная поверхность земного поля тяжести (уровенная поверхность), приблизительно совпадающая со средним уровнем вод Мирового океана в невозмущённом состоянии и условно продолженная под материками. Отличие реального среднего уровня моря от геоида может достигать 1 м из-за различия температуры и солености, атмосферного давления и т. п. [1] По определению эквипотенциальной поверхности, поверхность геоида везде перпендикулярна отвесной линии. Иными словами, геоид — это форма, которую поверхность океана могла бы принять под действием силы тяжести и вращения Земли, если бы отсутствовали другие воздействия, такие как ветры и приливы. Точная конфигурация геоида может быть установлена только путём расчётов, основанных на измерениях гравитационного поля Земли. Такие расчёты с высокой точностью были проведены только после возникновения космической геодезии в конце XX века.
Содержание
История [ править | править код ]
Впервые фигуру геоида описал немецкий математик К. Ф. Гаусс, который определял её как «математическую фигуру Земли» — гладкую, но неправильную поверхность (англ. irregular surface ), форма которой обусловлена неравномерным распределением масс внутри и на поверхности Земли.
Термин «геоид» был введён в геодезию 1873 году учеником Гаусса, немецким математиком и физиком Иоганном Бенедиктом Листингом [3] для обозначения геометрической фигуры, более точно, чем эллипсоид вращения, отражающей уникальную форму планеты Земля.
Описание и применение [ править | править код ]
Геоид является поверхностью, относительно которой ведётся отсчёт высот над уровнем моря, в силу чего точное знание параметров геоида необходимо, в частности, в навигации — для определения высоты над уровнем моря на основе геодезической (эллипсоидальной) высоты, измеряемой GPS-приёмниками, а также в физической океанологии — для определения высот морской поверхности.
Если бы Мировой океан имел постоянную плотность, не подвергался воздействию приливов, течений и других погодных условий, его поверхность была бы близка к геоиду. Постоянное отклонение между геоидом и уровнем моря называется высотой морской поверхности. Если бы толщи континентов были пересечены рядом туннелей или каналов, уровень моря в этих каналах также почти совпадал бы с геоидом. В действительности, геоид не имеет реального физического носителя под континентами, но геодезисты могут вывести высоты точек континента над этой воображаемой поверхностью, путём нивелирования.
Будучи эквипотенциальной поверхностью, геоид, по определению, является поверхностью, к каждой точке которой сила тяжести направлена перпендикулярно. Это означает, что при путешествии на корабле человек не замечает волнистости геоида; отвес (вертикальная линия) всегда перпендикулярен геоиду. Аналогично, уровень моря всегда будет параллелен геоиду.
Волнистость геоида [ править | править код ]
Связь с системой GPS [ править | править код ]
На картах и в обычной практике высота над уровнем моря (например, ортометрическая высота) используется для указания высоты возвышенностей, в то время как высота в модели референц-эллипсоида определяется с помощью спутниковой навигационной системы GPS.
Современные GPS-приёмники имеют устройства геолокации, привязывающие их текущее местоположение к координатам эллипсоида WGS. Это позволяет перевести значение высоты над эллипсоидом WGS, например, в значение высоты над геоидом модели EGM96.
Аппроксимация с помощью сферических функций [ править | править код ]
∑ n = 2 n max ( 2 n + 1 ) = n max ( n max + 1 ) + n max − 3 = 130317 <\displaystyle \sum _
.
Во многих случаях использование полного набора коэффициентов представляется неоправданно сложным, поэтому геоид рассчитывается с использованием лишь нескольких десятков коэффициентов.
Квазигеоид [ править | править код ]
Аномалии [ править | править код ]
Временные флуктуации [ править | править код ]
Другие небесные тела [ править | править код ]
Геоид
Гео́ид (буквально — «нечто подобное Земле») — геометрическое тело, отражающее свойства потенциала [1] силы тяжести [2] на Земле (вблизи земной поверхности), важное понятие в геодезии.
Содержание
Определение понятия «геоид»
Геоид определяется как эквипотенциальная поверхность земного поля тяжести [3] (уровенная поверхность), приблизительно совпадающая со средним уровнем вод Мирового океана в невозмущённом состоянии и условно продолженная под материками. Отличие реального среднего уровня моря от геоида может достигать 1 м.
По определению эквипотенциальной поверхности, поверхность геоида везде перпендикулярна отвесной линии.
Некоторые авторы обозначают вышеописанное понятие термином не «геоид», а «основная уровенная поверхность», в то время как сам геоид определяется как 3-мерное тело, ограниченное этой поверхностью. [4]
История
Термин «геоид» был предложен в 1873 году немецким математиком Иоганном Бенедиктом Листингом для обозначения геометрической фигуры, более точно отражающей форму Земли, чем эллипсоид вращения.
Применение
Геоид является поверхностью, относительно которой ведётся отсчёт высот над уровнем моря. Точное знание геоида необходимо, в частности, в навигации — для определения высоты над уровнем моря на основе геодезической (эллипсоидальной) высоты, непосредственно измеряемой GPS-приёмниками, а также в физической океанологии — для определения высот морской поверхности.
Квазигеоид
Фигура геоида зависит от распределения масс и плотностей в теле Земли. Она не имеет точного математического выражения и является практически неопределимой, в связи с чем в геодезических измерениях в России и некоторых других странах вместо геоида используется его приближение — квазигеоид. Квазигеоид, в отличие от геоида, однозначно определяется по результатам измерений, совпадает с геоидом на территории Мирового океана и очень близок к геоиду на суше, отклоняясь лишь на несколько сантиметров на равнинной местности и не более чем на 2 метра в высоких горах.
См. также
Примечания
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Геоид» в других словарях:
ГЕОИД — истинная форма Земли; неправильное геометрическое тело, поверхность которого в каждой своей точке перпендикулярна к действительному направлению отвесной линии в этой точке. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское… … Морской словарь
Геоид — геометрически сложная поверхность равных значений потенциала силы тяжести, совпадающая с невозмущенной поверхностью Мирового океана и продолженная над континентами. Г. определяет фигуру Земли, он существенно отличается от физ. поверхности Земли,… … Геологическая энциклопедия
геоид — Фигура Земли, образованная уровенной поверхностью, совпадающей с поверхностью Мирового океана в состоянии полного покоя и равновесия и продолженной под материками. [ГОСТ 22268 76] [ГОСТ Р 52334 2005] геоид Геометрически сложная поверхность с… … Справочник технического переводчика
ГЕОИД — (от гео. и греч. eidos вид) фигура Земли, ограниченная уровенной поверхностью, продолженной под континенты. Поверхность геоида отличается от физической поверхности Земли, на которой резко выражены горы и океанические впадины … Большой Энциклопедический словарь
ГЕОИД — ГЕОИД, геометрическая форма, которую теоретически должна иметь реальная поверхность Земли. В действительности Земля не шар, а имеет приблизительно эллиптическую форму, с выпуклостью в районе экватора и уплощением к полюсам. см. также ГЕОДЕЗИЯ … Научно-технический энциклопедический словарь
геоид — сущ., кол во синонимов: 1 • форма (79) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
геоид — а, м. géoïde m. нем. Geoid. Геод. сл. геогр. Фигура Земли, ограниченная поверхностью Мирового океана, мысленно продолженной внутри материков. Крысин 1998. Лекс. СИС 1954: гео/ид … Исторический словарь галлицизмов русского языка
геоид — Фигура Земли, образованная уровенной поверхностью, совпадающей с поверхностью Мирового океана (в состоянии покоя и равновесия) и продолженной под материками … Словарь по географии
геоид — 3.13 геоид: Уровенная поверхность, наилучшим образом аппроксимирующая уровень моря как в локальном, так и в глобальном случаях. Примечание Уровенная поверхность является эквипотенциальной поверхностью земного гравитационного поля, которая везде… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Геоид
Полезное
Смотреть что такое «Геоид» в других словарях:
ГЕОИД — истинная форма Земли; неправильное геометрическое тело, поверхность которого в каждой своей точке перпендикулярна к действительному направлению отвесной линии в этой точке. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское… … Морской словарь
Геоид — геометрически сложная поверхность равных значений потенциала силы тяжести, совпадающая с невозмущенной поверхностью Мирового океана и продолженная над континентами. Г. определяет фигуру Земли, он существенно отличается от физ. поверхности Земли,… … Геологическая энциклопедия
геоид — Фигура Земли, образованная уровенной поверхностью, совпадающей с поверхностью Мирового океана в состоянии полного покоя и равновесия и продолженной под материками. [ГОСТ 22268 76] [ГОСТ Р 52334 2005] геоид Геометрически сложная поверхность с… … Справочник технического переводчика
ГЕОИД — (от гео. и греч. eidos вид) фигура Земли, ограниченная уровенной поверхностью, продолженной под континенты. Поверхность геоида отличается от физической поверхности Земли, на которой резко выражены горы и океанические впадины … Большой Энциклопедический словарь
ГЕОИД — ГЕОИД, геометрическая форма, которую теоретически должна иметь реальная поверхность Земли. В действительности Земля не шар, а имеет приблизительно эллиптическую форму, с выпуклостью в районе экватора и уплощением к полюсам. см. также ГЕОДЕЗИЯ … Научно-технический энциклопедический словарь
геоид — сущ., кол во синонимов: 1 • форма (79) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
геоид — а, м. géoïde m. нем. Geoid. Геод. сл. геогр. Фигура Земли, ограниченная поверхностью Мирового океана, мысленно продолженной внутри материков. Крысин 1998. Лекс. СИС 1954: гео/ид … Исторический словарь галлицизмов русского языка
геоид — Фигура Земли, образованная уровенной поверхностью, совпадающей с поверхностью Мирового океана (в состоянии покоя и равновесия) и продолженной под материками … Словарь по географии
Геоид — 1. Мировой океан 2. Земной эллипсоид 3. Отвесные линии 4. Тело Земли 5. Геоид Геоид (буквально «нечто подобное Земле») геометрическо … Википедия
геоид — 3.13 геоид: Уровенная поверхность, наилучшим образом аппроксимирующая уровень моря как в локальном, так и в глобальном случаях. Примечание Уровенная поверхность является эквипотенциальной поверхностью земного гравитационного поля, которая везде… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Геоид
Человек начал задумываться о том, что представляет собой наша планета, ещё в древние времена. Пробуя объяснить новые явления, люди прибегали к доступным для них понятиям, проводя параллели с окружающей их местностью и природой. Дошедшие до нашего времени исторические источники помогают разобраться, как менялись представления людей о форме и месте нашей планеты во Вселенной в ходе эволюции.
Представления людей в древности
Самые первые источники – изображения и рисунки в пещерах, насечки на костях и камнях. В древности не было у людей единого представления о форме нашей планеты – всё зависело от региона проживания, природы, климатических условий и рельефа местности.
Предположения жителей Вавилона
Цивилизации, территория проживания которых находилась между реками Тигр и Ефрат, оставили самые ценные знания. Им больше чем шесть тысяч лет. Жители Вавилона олицетворяли Землю в качестве «Мировой горы». Их страна Вавилония занимала западный склон, на востоке их земли упирались в горы необъятной высоты, переход через которые считался невозможным. К югу от страны простиралось море, омывающее «гору» со всех сторон.
Земля для выходцев из Палестины
Равнинные территории государства способствовали тому, что в представлении её жителей Земля выглядела равниной, на которой не исключены горы.
Легенды Японии, Индии и Китая
Представления древних индийцев являются невероятно интересными и отличаются особенной живописностью образов. Народы этих государств были убеждены, что форма Земли – полусфера, опирающаяся на спины четырёх гигантов – слонов. Слоны стоят на спине огромной черепахи, которая обитает в море молока. Все существа при этом обвиты чёрной коброй Шешу, имеющей тысячи голов, подпирающих Вселенную.
Жители древней Японии предписывали нашей планете кубическую форму. Для землетрясений, которые являлись частым явлением на территории государства, было найдено интересное объяснение. Землетрясения, по их поверьям, вызывались буйствами огнедышащего дракона, обитающего в глубинных недрах Земли.
В Китае планета виделась плоским прямоугольником, по всем углам которого расположены четыре опоры. Итак, колонны подпирают выпуклый купол небес. Одна из них когда-то давно была повреждена чудищем – драконом, и это привело к тому, что Земля постоянно кренится на восток, а небо имеет уклон на запад. Эта теория доступно объясняла передвижения небесных светил и течение рек, которое направлено на восток.
_
Верования ацтеков и майя
Эти древние цивилизации были уверены, что форма Земли – квадратная. В центре фигуры произрастает Первоначальное Древо, по углам – ещё по одному из деревьев, каждое из которых имеет своё обозначение. До Земли существовали лишь Небо и Вода, к созданию суши приложили руку, конечно, боги, главным деятелем стал Кетцалькоатль.
На территории Древней Греции было принято считать, что планета является выпуклым диском, напоминающим щит воина. По медному небосводу двигается Солнце, суша со всех сторон окружена водой – Океаном.
Корабельные путешествия, появление подробных карт позволило ещё в Средневековье сделать выводы, что Земля имеет шарообразную форму. Именно в этот исторический период было установлено, что все планеты Солнечной системы, в том числе и наша, вращаются вокруг Солнца. Благодаря изысканиям всем известных Николая Коперника, Джордано Бруно, Галилео Галилея.
В 1873 году впервые было введено понятие «геоид». Его автором был физик и математик Иоганн Листинг. Данный термин введён для обозначения формы нашей планеты, которая максимально приближена к эллипсоиду вращения.
Исследования учёных по этому вопросу имеют важнейшее значение, с каждой новой подтверждённой информацией мы приближаемся к очередному открытию. Владение точными знаниями способствует правильному вычислению координат небесных и земных тел. Это особенно необходимо для морской и космической навигации, во время выполнения строительных, геодезических работ и во многих других сферах человеческой деятельности.
Какую же форму имеет Земля? Шар, эллипс, геоид (ge – земля + eidos – вид)… Мы точно знаем, что Земля не плоская. И все этапы верований и научных изысканий привели нас к наиболее верной формулировке: Земля имеет неправильную форму, форму геоида (землеподобную).
Образовательные программы для школьников в ЭТНОМИРе
Калужская область, Боровский район, деревня Петрово
_
От того, как мы получаем знания, зависит, как они усваиваются. В ЭТНОМИРе жажду познания можно утолить, став участником одной из образовательных программ экскурсионных школьных туров. Получая те или иные сведения об окружающем мире, ученики узнают обо всём как бы изнутри: в основе обучения лежит принцип наглядности. Мы за то, чтобы образование было частью личностного роста: изучая мир – познаём себя!
Детские образовательные экскурсии и туры – отличный способ совместить приятное с полезным. Все программы составлены с учётом возрастных особенностей – для младших и старших классов. В обучающий процесс школьных экскурсий естественным образом включена коммуникация. Будь то история, география, биология или литература – в любой школьный предмет можно привнести элемент игры, посредством которой информация воспринимается лучше.