Форма Земли

Земля не вполне сферична, и мы обсудим здесь форму Земли

 В лаборатории момент инерции тела можно определить, измеряя угловое ускорение, вызываемое известным крутящим моментом или парой сил: чем больше момент инерции, тем меньше угловое ускорение. В случае Земли нам приходится опираться на природные крутящие моменты, а они создаются внешними телами, главным образом Луной и Солнцем.
Поскольку возбуждаемый ими крутящий момент возникает только потому, что Земля не вполне сферична, нам необходимо обсудить здесь форму Земли.

Земля слегка сплюснута по экватору из-за своего вращения

Земля слегка сплюснута по экватору из-за своего вращения. Чтобы расчетным путем найти точную форму земного шара, мы должны знать распределение плотности во внутренних областях планеты. Но как раз эти-то изменения плотности мы и хотим получить, и поэтому нам приходится идти другим путем: мы принимаем практические данные о форме Земли, т. е. о геоиде, который определяется как средняя поверхность уровня моря.

Чтобы понять, как располагается поверхность геоида на материках, надо представить себе, что через материки прорыты каналы и вода в них стоит на уровне моря. Форма геоида зависит от гравитационного притяжения Земли. Для того чтобы уяснить себе смысл этого утверждения, рассмотрим тело, образованное концентрическими слоями жидкости, имеющими разную плотность. Если такое тело не вращается, то эти слои будут представлять собой сферические оболочки, а сила тяжести везде будет направлена к центру тела перпендикулярно его поверхности.; которую мы называем поверхностью равных значений гравитационного потенциала или эквипотенциальной поверхностью.

В данном случае она будет сферической. Пусть теперь тело вращается; вследствие вращения в каждой точке (кроме полюсов) возникает центробежная сила С, направленная вовне от оси вращения. Если бы тело оставалось сферическим, то эта дополнительная сила заставляла бы суда двигаться к экватору. Жидкость также начала бы перемещаться, и это

Форма вращающегося жидкого шара. Слева: если бы шар не вращался, он имел бы сферическую поверхность, а вертикаль G (определяемая по линии отвеса) проходила бы через центр шара. Справа: при вращении добавляется центробежная сила С, и тело деформируется так, чтобы суммарная сила R, образующаяся при сложении силы тяжести и центробежной силы, была направлена перпендикулярно поверхности. В общем случае эта новая вертикаль уже не проходит через центр.

Форму геоида можно установить, как показано на рис, путем геодезической съемки

Форму геоида можно установить, как показано на рис, путем геодезической съемки. Если выбрать звезду, которая располагается точно над Северным полюсом (почти в нужном месте находится Полярная звезда), то в течение ночи все другие звезды будут обходить ее по окружностям, в чем можно удостовериться, снимая их ход несколько часов на фотопленку. Из таких наблюдений можно вывести направление на истинную полярную звезду («полюс мира»-пересечение земной оси с воображаемой небесной сферой), и это направление можно сравнить с направлением местной вертикали. Угол между ними определяет широту местности: например, если острый угол, образуемый этими направлениями, равен 20°, то широта составляет 70°. Из-за того что форма геоида не вполне сферическая, расстояния между соседними параллелями, измеряемые не в градусах, а в километрах, слегка различаются . В наши дни геоид определяют еще лучше, наблюдая орбиты спутников.

Установление формы Земли-отнюдь не простая геометрическая задача

Установление формы Земли-отнюдь не простая геометрическая задача; при ее решении важно знать направление силы тяжести, так как в геодезических инструментах отсчеты производятся от вертикали, направление которой определяется по спиртовым уровням или по линии отвеса. Та же зависимость сохраняется и при наблюдениях орбит спутников. Фотографии Земли, сделанные из космоса, недостаточно точны, чтобы по ним можно было определить ее геометрическую форму, хотя на них и видна расплющенность Земли по экватору. В любом случае определение фигуры геоида имеет более важное значение.
Выяснено, что геоид очень близок к эллипсоиду вращения . Эллиптичность геоида составляет только 1/298, так что экваториальный радиус, равный 6378 км, на 22 км длиннее, чем полярный. Отклонения геоида от этого приближения измеряются всего лишь десятками метров, т. е. для наших расчетов они не имеют большого значения.