Фигура Земли

Неко­то­рое пред­став­ле­ние о форме и движе­нии нашей пла­неты Земля можно полу­чить, наблю­дая за про­стыми пред­ме­тами. Рас­ска­зы­вая о прецес­сии зем­ной оси в про­стран­стве, можно при­ве­сти хорошую ана­логию — вол­чок или дет­скую юлу. В рас­сказе же о форме Земли нагляд­ным посо­бием может стать про­стая модель: ось с двумя небольшими коль­цами, соеди­нён­ными гиб­кими полос­ками. Верх­нее кольцо закреп­лено жёстко, а ниж­нее может двигаться вдоль оси, но не вращаться вокруг неё.

Если ось рас­кру­тить, то полоски будут стремиться обра­зо­вы­вать эллип­соид враще­ния, сжа­тый вдоль оси. И чем больше ско­рость враще­ния, тем сжа­тие будет силь­нее, тем выше будет под­ниматься ниж­нее подвиж­ное кольцо.

Фигура Земли: сжатый вдоль оси эллипсоид вращения
Фигура Земли: сжатый вдоль оси эллипсоид вращения

Всё дело в том, что при враще­нии воз­ни­кает цен­тро­беж­ная сила, и чем дальше отстоит точка от оси враще­ния, тем действие силы больше. Эллип­соид рас­тяги­ва­ется по направ­ле­нию к эква­тору.

Схожесть формы Земли с шаром заме­тили ещё древ­ние. То, что Земля не явля­ется в точ­но­сти шаром, было заме­чено и затем иссле­до­ва­лось двумя типами наблю­де­ний. Ока­за­лось, что от широты зави­сят длина дуги (и кри­визна) мери­ди­ана в 1 гра­дус и сила тяже­сти (её изме­не­ние про­яв­ля­лось в раз­лич­ном ходе часов с маят­ни­ком).

Инте­рес­нейшая исто­рия – спор, в каком направ­ле­нии вытя­нут эллип­соид Земли. Фран­цузы, осно­вы­ва­ясь на рас­суж­де­ниях Декарта (1596—1650) и гра­дус­ных изме­ре­ниях, про­ве­дён­ных на севере и юге Франции, счи­тали, что эллип­соид вытя­нут вдоль оси. Англи­чане, осно­вы­ва­ясь на вычис­ле­ниях Нью­тона (1642—1727), счи­тали, что Земля сплюс­нута и вытя­нута к эква­тору. Сжа­тие в направ­ле­нии полю­сов окон­ча­тельно под­твер­дили два знаме­ни­тых гра­дус­ных изме­ре­ния, выпол­нен­ных фран­цуз­скими ака­деми­ками в 1735—1741 годах на севере Европы и под эква­то­ром в Южной Аме­рике.

Исто­ри­че­ски при­ня­той в высшей гео­де­зии харак­те­ри­сти­кой сжа­тия эллип­со­ида враще­ния с полу­осями $a$ и $b$ явля­ется вели­чина $\alpha=\frac{a-b}{a}=1-\frac{b}{a}$. В предпо­ложе­нии, что вся масса Земли сосре­до­то­чена в цен­тре, Хри­стиан Гюйгенс вычис­лил зна­че­ние $\alpha=1/578$. Исаак Нью­тон, счи­тая, что Земля одно­род­ное тело, нашёл зна­че­ние $\alpha=1/230$. Зна­ния об устройстве Земли, накоп­лен­ные с тех времён, гово­рят, что ни то, ни другое предпо­ложе­ние не верно. В действи­тель­но­сти форма Земли наи­лучшим обра­зом при­ближа­ется эллип­со­и­дом с $\alpha\approx1/300$ (точ­нее, $1/298$).

Какая вершина наи­бо­лее уда­лена от цен­тра Земли? Высо­чайшая точка пла­неты — вершина горы Эве­рест — воз­выша­ется над уров­нем моря на 8848 мет­ров. Но это над уров­нем моря, а Земля и, соот­вет­ственно, «уро­вень моря», сжаты вдоль оси враще­ния. Счи­та­ется, что наи­бо­лее уда­лён­ная точка от цен­тра — вершина потухшего вул­кана Чим­бо­расо, нахо­дящегося в Эква­доре. И хотя его высота над уров­нем моря «всего» 6267 мет­ров, но нахо­дится он почти на эква­торе ($1\degree\,28'\,09''$ ю. ш.) и вершина уда­лена от цен­тра Земли на 6384,4 км. А вершина Эве­ре­ста, сто­ящего дальше от эква­тора ($271\degree\,59'\,17''$ с. ш.), на 2—3 километра ближе к цен­тру. Наи­бо­лее про­стая и попу­ляр­ная для вос­хож­де­ния вершина, где вы можете ока­заться «выше» Эве­ре­ста, — вул­кан Килиман­джаро, воз­вышающийся над уров­нем моря на 5881 метр и нахо­дящийся южнее эква­тора на 3 гра­дуса.

Лите­ра­тура

Михай­лов А. А. Земля и её враще­ние. — М.: Физмат­лит, 1984. — (Биб­лио­течка «Квант»; Вып. 35).

Лакур П., Аппель Я. Исто­ри­че­ская физика. Т. 1. — Одесса: Mathesis, 1908. — Стр. 249—255.

Аппелль П. Фигуры рав­но­ве­сия вращающейся одно­род­ной жид­ко­сти. — М.—Л.: ОНТИ, 1936. — [Глава 1 «Поста­новка про­блемы. Исто­ри­че­ские ука­за­ния», стр. 9—16].