Земля — шар

Земля — шар

С того момента, когда человек впервые задумался над тем, что представляет собой Земля, появилось бесчисленное множество моделей нашей планеты. Нереальные и правдоподобные, они составляли мировоззрения целых народов, а то и цивилизаций.

В древние времена люди крайне редко передвигались на значительные расстояния, поэтому сделать обоснованный вывод было практически невозможно. Мыслители сравнивали форму Земли с известными телами, объясняя ее больше философски, нежели научно. Так, древнегреческий мудрец Ксенофан считал, что наша планета — это огромный пень, корни которого распространяются в глубины пространства и тем самым поддерживают ее.

Как уже упоминалось, первое близкое к реальному положению вещей предположение сделал выдающийся мыслитель далекого прошлого Аристотель. Одной лишь логикой и удивительным научным предвидением, отличающим великие умы, он пришел к выводу, что Земля представляет собой шар.

Авторитет Аристотеля был велик. Однако время шло, и накапливались данные, которые невозможно было объяснить с позиции идеальной формы планеты. Французский астроном Ж. Рише в конце XVII в. путешествовал по разным континентам. С собой в дорогу он брал часы, длина маятника которых была тщательно подобрана для точного хода. В Гвиане он обнаружил, что часы отстают, и, ориентируясь на небесные светила, он уменьшил длину маятника, вновь восстановив точный ход. По возвращении в Париж его вновь ждала неожиданность — часы теперь спешили. На этот раз астроном пришел к выводу, что на ход часов влияет какая-то внешняя причина.

Один за другим стали появляться сообщения, подтверждающие наблюдения Рише. Вспомнились высказывания Ньютона о сплюснутости Земли с полюсов и способности маятника колебаться с различной скоростью в различных участках планеты. Там, где расстояние до центра притяжения Земли меньше, колебания маятника сильнее, а там, где больше, маятник колеблется медленнее. Так какой же следует считать форму планеты?

В то время директором Парижской обсерватории (передовой в сфере познания загадок Земли и планет) был Джованни Кассини. Его исследования не были достаточно глубокими и всесторонними. Вывод, который был оформлен уже его сыном, опровергал взгляды Ньютона и гласил: форма Земли вытянутая, т. е. напоминающая яйцо или лимон. Однако в ученых кругах эта точка зрения поддержки не получила, и исследования продолжились.

Полгода потребовалось П. Мопертюи для того, чтобы произвести все необходимые замеры и определить, что в Скандинавии «длина градуса» больше, чем во Франции, и, следовательно, Земля сплюснута на полюсах. Правоту Ньютона подтвердили и данные, полученные во время экспедиции в Южную Америку, замеры в Перу практически полностью совпадали с лапландскими. Великое открытие получило признание во всем мире, что было увековечено на специальной медали с изображением человека, держащего в руках палицу Геркулеса и сплюснутый земной шар.

Дальнейшие исследования привели к тому, что форму Земли стали считать эллипсоидом вращения с разницей между экваториальным и полярным радиусами в 21 км. Если бы наша планета была однородна и неподвижна, она действительно под действием собственных сил тяготения приобретала бы форму шара. Однако в реальности дело обстоит несколько иначе: в силу воздействия внешних причин Земля получила вращения, как вокруг собственной оси, так и вокруг солнца, поэтому центробежные силы, вызываемые непосредственно этими вращениями, деформируют шар, придавая ему форму эллипсоида вращения.

Однако и эллипсоид вращения не является самым точным описанием формы нашей планеты. Развитие науки, появление новых сверхчувствительных приборов, наконец, полет человека в космос изменили и эту точку зрения, вернее, уточнили ее. Действительно, не прекращаясь, структура глубинных недр нашей планеты и ее поверхность видоизменяются, распределение вещества толщи планеты неоднородно, плотность его постепенно увеличивается по мере приближения к центру, причем нельзя выявить закономерности распределения плотностей.

Эллипсоид вращения — схематичное изображение формы нашей планеты

Подобная неоднородность приводит к тому, что смещается действие сил притяжения, а поскольку поверхность планеты является следствием суммарного воздействия силы тяжести, то ее геометрическая правильность нарушается и придает Земле неправильную и сложную для описания форму.

В настоящее время принято сравнивать форму Земли с геоидом — фигурой, получаемой при очерчивании поверхности океанов, мысленно продолженной под континентами. Именно уровень Мирового океана наиболее четко описывает характер земной поверхности, поскольку сам находится в прямой зависимости от направления действия силы тяжести. Геоид — это форма, присущая только нашей планете. Отличия геоида от эллипсоида вращения весьма существенные, поскольку на суше эта условная линия уходит вверх, а в океанах — вниз, да и на относительно ровной поверхности экватора существуют колебания рельефа со средней амплитудой в 200 м.

Отклонения геоида от эллипсоида вращения

Стоит отметить, что новейшие данные совсем не опровергают мнения Аристотеля, Ньютона и других исследователей. Принято лишь говорить, что в первом приближении Земля — шар, во втором — сплюснутый с полюсов шар, в третьем — эллипсоид вращения, а в четвертом — геоид. Однако и четвертое приближение не стоит считать самым точным. Поверхность, толща и глубинные недра нашей планеты непрерывно изменяются, что, естественно, отражается на ее форме.