Сферическая Земля или кривизна Земли относится к приближению фигуры Земли к сфере . Концепция сферической Земли постепенно вытеснила более ранние верования в плоскую Землю в период классической античности и Средних веков . Фигура Земли более точно описывается как эллипсоид , что было реализовано в ранний современный период .
Земля достаточно массивна, чтобы сила тяжести поддерживала ее приблизительно сферическую форму. Большая часть ее отклонения от сферичности проистекает из центробежной силы, вызванной вращением вокруг ее оси север-юг. Эта сила деформирует сферу в сплющенный эллипсоид . [1]
Солнечная система образовалась из пылевого облака, которое было, по крайней мере, частично остатком одной или нескольких сверхновых , которые произвели тяжелые элементы путем нуклеосинтеза . Частицы материи аккрецировались посредством электростатического взаимодействия. По мере того, как они росли в массе, гравитация брала верх, собирая еще больше массы, высвобождая потенциальную энергию их столкновений и падения в виде тепла . Протопланетный диск также имел большую долю радиоактивных элементов, чем Земля сегодня, потому что со временем эти элементы распались . Их распад еще больше нагрел раннюю Землю и продолжает вносить свой вклад во внутренний тепловой бюджет Земли . Таким образом, ранняя Земля была в основном жидкой.
Сфера — единственная устойчивая форма для невращающейся, гравитационно самопритягивающейся жидкости. Внешнее ускорение, вызванное вращением Земли, больше на экваторе, чем на полюсах (где оно равно нулю), поэтому сфера деформируется в эллипсоид , который представляет собой форму, имеющую наименьшую потенциальную энергию для вращающегося жидкого тела. Этот эллипсоид немного толще вокруг экватора, чем была бы идеальная сфера. Форма Земли также немного комковатая, поскольку она состоит из разных материалов с разной плотностью, которые оказывают немного разное количество гравитационной силы на объем.
Текучесть горячей, недавно образованной планеты позволяет более тяжелым элементам опускаться в середину и заставляет более легкие элементы приближаться к поверхности, этот процесс известен как планетарная дифференциация . Это событие известно как железная катастрофа ; наиболее распространенными тяжелыми элементами были железо и никель , которые сейчас образуют ядро Земли .
Хотя поверхностные породы Земли достаточно остыли, чтобы затвердеть, внешнее ядро планеты все еще достаточно горячо, чтобы оставаться жидким. Энергия все еще высвобождается; вулканическая и тектоническая активность выталкивала камни в холмы и горы и выдувала их из кальдер . Метеоры также вызывают ударные кратеры и окружающие хребты. Однако, если высвобождение энергии из этих процессов прекращается, то они, как правило, со временем разрушаются и возвращаются к самой низкой кривой потенциальной энергии эллипсоида. Погода, приводимая в действие солнечной энергией, также может перемещать воду, камни и почву, делая Землю немного не круглой.
Земля колеблется, поскольку форма ее самой низкой потенциальной энергии ежедневно меняется из-за гравитации Солнца и Луны, поскольку они движутся относительно Земли. Это то, что вызывает приливы в воде океанов , которая может свободно течь вдоль изменяющегося потенциала.
Сферическая форма Земли была известна и измерена астрономами, математиками и мореплавателями из различных письменных древних культур, включая эллинский мир и Древнюю Индию. Греческий этнограф Мегасфен , ок. 300 г. до н. э. , был истолкован как утверждение, что современные брахманы Индии верили в сферическую Землю как центр вселенной. [2] Знания греков были унаследованы Древним Римом, а также христианскими и исламскими царствами в Средние века. Кругосветное плавание в эпоху Великих географических открытий предоставило прямые доказательства. Усовершенствования в области транспорта и других технологий уточнили оценки размеров Земли и помогли распространить знания о ней.
Самое раннее документированное упоминание этой концепции датируется примерно V веком до н. э., когда она появляется в трудах греческих философов . [3] [4] В III веке до н. э. эллинистическая астрономия установила приблизительно сферическую форму Земли как физический факт и вычислила окружность Земли . Эти знания постепенно были приняты во всем Старом Свете в период поздней античности и Средних веков . [5] [6] [7] [8] Практическая демонстрация сферичности Земли была достигнута во время кругосветного плавания Фернандо Магеллана и Хуана Себастьяна Элькано (1519–1522). [9]
Концепция сферической Земли вытеснила более ранние верования в плоскую Землю : в ранней месопотамской мифологии мир изображался как диск, плавающий в океане с полусферическим куполом неба наверху, [10] и это формирует предпосылку для ранних карт мира, таких как карты Анаксимандра и Гекатея Милетского . Другие предположения о форме Земли включают семислойный зиккурат или космическую гору , упоминаемую в Авесте и древнеперсидских писаниях (см. семь климатов ).
Осознание того, что фигура Земли более точно описывается как эллипсоид, относится к 17 веку, как описано Исааком Ньютоном в Principia . В начале 19 века было определено, что сплющивание земного эллипсоида составляет порядка 1/300 ( Delambre , Everest ). Современное значение, определенное Всемирной геодезической системой Министерства обороны США с 1960-х годов, близко к 1/298.25. [11]
Геодезия , также называемая геодезикой, — это научная дисциплина, которая занимается измерением и отображением Земли, ее гравитационного поля и геодинамических явлений ( движение полюсов , земные приливы и движение земной коры) в трехмерном изменяющемся во времени пространстве.
Геодезия в первую очередь занимается позиционированием и гравитационным полем, а также геометрическими аспектами их временных изменений, хотя она также может включать изучение магнитного поля Земли . Особенно в немецкоязычном мире геодезия делится на геоизмерение («Erdmessung» или «höhere Geodäsie»), которое занимается измерением Земли в глобальном масштабе, и геодезия («Ingenieurgeodäsie»), которая занимается измерением частей поверхности.
Форму Земли можно рассматривать по крайней мере двумя способами:
По мере того, как наука геодезия измеряла Землю более точно, впервые было обнаружено, что форма геоида не является идеальной сферой, а приближается к сплющенному сфероиду , особому типу эллипсоида . Более поздние [ когда? ] измерения измерили геоид с беспрецедентной точностью, выявив концентрации масс под поверхностью Земли.
Приблизительно сферическая форма Земли может быть эмпирически подтверждена многими различными типами наблюдений , начиная с уровня земли, полета или орбиты. Сферическая форма вызывает ряд эффектов и явлений, которые в совокупности опровергают убеждения о плоской Земле .
К ним относятся видимость удаленных объектов на поверхности Земли; лунные затмения; внешний вид Луны; наблюдение за небом с определенной высоты; наблюдение за определенными неподвижными звездами из разных мест; наблюдение за Солнцем; наземная навигация; искажение сетки на сферической поверхности; погодные системы; гравитация; и современные технологии.