Сферическая Земля или кривизна Земли относится к приближению фигуры Земли к сфере . Самое раннее документально подтвержденное упоминание этой концепции датируется примерно V веком до нашей эры, когда она появляется в трудах греческих философов . [1] [2] В 3 веке до нашей эры эллинистическая астрономия установила примерно сферическую форму Земли как физический факт и рассчитала окружность Земли . Эти знания постепенно распространились по всему Старому Свету в период поздней античности и средневековья . [3] [4] [5] [6] Практическая демонстрация сферичности Земли была достигнута во время кругосветного плавания Фернана Магеллана и Хуана Себастьяна Элькано (1519–1522). [7]
Концепция сферической Земли вытеснила более ранние представления о плоской Земле : в ранней месопотамской мифологии мир изображался как диск, плавающий в океане с полусферическим небесным куполом наверху, [8] и это формирует предпосылку для ранних карт мира. как у Анаксимандра и Гекатея Милетского . Другие предположения о форме Земли включают семислойный зиккурат или космическую гору , упомянутую в Авесте и древних персидских писаниях (см. семь климатов ).
Осознание того, что фигуру Земли точнее описать как эллипсоид , относится к 17 веку, как описано Исааком Ньютоном в «Началах» . В начале 19 века уплощение земного эллипсоида было определено порядка 1/300 ( Деламбр , Эверест ). Современное значение, определенное Всемирной геодезической системой Министерства обороны США с 1960-х годов, близко к 1/298,25. [9]
Земля достаточно массивна, поэтому сила тяжести сохраняет ее примерно сферическую форму. Большая часть его отклонения от сферической формы связана с центробежной силой , вызванной вращением вокруг оси север-юг. Эта сила деформирует сферу в сплюснутый эллипсоид . [10]
Солнечная система сформировалась из пылевого облака, которое, по крайней мере частично, было остатком одной или нескольких сверхновых , производивших тяжелые элементы путем нуклеосинтеза . Зерна материи срослись за счет электростатического взаимодействия. По мере того, как они росли в массе, гравитация взяла верх, собирая еще больше массы, высвобождая потенциальную энергию их столкновений и падения в виде тепла . Протопланетный диск также содержал большую долю радиоактивных элементов, чем сегодняшняя Земля, поскольку со временем эти элементы распались. Их распад еще больше нагрел раннюю Землю и продолжает вносить вклад во внутренний тепловой баланс Земли . Таким образом, ранняя Земля была в основном жидкой.
Сфера — единственная устойчивая форма невращающейся, гравитационно-самопритягивающейся жидкости. Наружное 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 вокруг экватора немного толще, чем идеальная сфера. Форма Земли также немного неровная, потому что она состоит из разных материалов разной плотности, которые оказывают немного разное количество гравитационной силы на объем.
Ликвидность горячей, недавно образовавшейся планеты позволяет более тяжелым элементам опускаться к середине и вынуждает 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 вытолкнула камни на холмы и горы и выдула их из кальдер . Метеоры также вызывают ударные кратеры и окружающие их хребты. Однако если выделение энергии в результате этих процессов прекращается, то они имеют тенденцию со временем разрушаться и возвращаться к самой низкой кривой потенциальной энергии эллипсоида. Погода , питаемая солнечной энергией, также может перемещать воду, камни и почву, делая Землю немного некруглой.
Земля колеблется, поскольку форма ее самой низкой потенциальной энергии ежедневно меняется из-за гравитации Солнца и Луны, когда они движутся относительно Земли. Именно это вызывает приливы в воде океанов , которая может свободно течь по изменяющемуся потенциалу.
Сферическая форма Земли была известна и измерена астрономами, математиками и мореплавателями из различных письменных древних культур, включая эллинский мир и Древнюю Индию. Греческий этнограф Мегастен , ок. 300 г. до н.э. , было истолковано как утверждение, что современные брахманы Индии верили в сферическую Землю как в центр Вселенной. [11] 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. Улучшения в транспорте и других технологиях позволили уточнить размеры Земли и способствовали распространению знаний о ней.
Геодезия , также называемая геодезией, — это научная дисциплина, которая занимается измерением и представлением Земли, ее гравитационного поля и геодинамических явлений ( движение полюсов , земные приливы и движение земной коры) в трехмерном меняющемся 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»), которая занимается измерением Земли в глобальном масштабе, и геодезию («Ingenieurgeodäsie»), которая занимается измерением частей Земли. поверхность.
Форму Земли можно представить как минимум двумя способами:
Поскольку наука геодезия измерила Землю более точно, впервые было обнаружено, что форма геоида не является идеальной сферой, а приближается к сплюснутому сфероиду , определенному типу эллипсоида . Более поздние [ когда? ] измерения позволили измерить геоид с беспрецедентной точностью, обнаружив концентрацию массы под поверхностью Земли.
Примерно сферическая форма Земли может быть эмпирически подтверждена множеством различных типов наблюдений , начиная с уровня земли, полета или орбиты. Сферическая форма вызывает ряд эффектов и явлений, которые в совокупности опровергают представления о плоской Земле .
К ним относятся видимость удаленных объектов на поверхности Земли; лунные затмения; внешний вид Луны; наблюдение неба с высоты; наблюдение определенных неподвижных звезд из разных мест; наблюдение за Солнцем; надводная навигация; искажение сетки на сферической поверхности; погодные системы; сила тяжести; и современные технологии.