Мне сложно придумать что-нибудь более загадочное, чем тайна возникновения мира в целом, и нашей планеты - в частности. На этот счет есть разные теории и догадки, но только теории. Зато о чем можно говорить более или менее уверенно, так это о размерах нашей планеты.

Какой радиус планеты Земля

И даже если говорить о таких параметрах Земли, как диаметр, радиус, вес и так далее, то снова-таки не все так просто, как может показаться на первый взгляд. Для того, чтоб понять, каков радиус Земли, для начала хорошо бы определиться, какую форму она имеет. Принято считать, что Земля круглая, то есть имеет форму шара, однако это не совсем так. Из-за постоянного вращения вокруг своей оси Земля слегка приплюснута в полюсах, и ее форму современная наука описывает как «эллипсоид вращения». Есть и другой, не менее красивый вариант: «сплющенный сфероид».

С другой стороны, эти деформации настолько незначительны, что, с учетом небольшой погрешности, Землю можно назвать круглой. А значит, она имеет свой радиус, и его можно вычислить. И (барабанная дробь) он давно науке известен. Но, вспоминая про все-таки небольшую приплюснутость Земли, правильнее озвучить три цифры:

• Полярный радиус. То есть радиус по оси вращения. Он составляет 6356,8 км.
• Экваториальный радиус: 6378,1 км.
• Средний радиус: 6371,0 км.

Думаю, последняя цифра точнее всего отвечает на вопрос, каков же радиус Земли.

Кто первый вычислил радиус Земли

Несмотря на то, что в просвещенной Европе в 16-17 веках многие (Католическая церковь, к примеру) считали, что Солнце вертится вокруг Земли, еще 250 лет до нашей эры некто Эратосфен, греческий ученый, довольно точно смог определить радиус Земли.

Вернее, он подсчитал его совершенно точно, и у него получились те самые 6371 км.

Как-то читал в одном фантастическом романе о том, как человечество развилось до такой стадии, что придумало и реализовало супер-скоростные туннели прямо через середину Земли, позволяющие моментально преодолевать огромные расстояния. Ох уж эти фантасты...

И меридиана определены довольно точно. Благо, наука дошла до такого уровня развития, что выяснить основные параметры любого небесного тела сейчас не составляет никакого труда. Впрочем, история содержит немало любопытных фактов о том, как были сделаны первые важные открытия. В частности, расскажем о том, как люди узнали, что в среднем радиус Земли составляет 6371 километр.

Кто первый сделал подсчеты?

Многие открытия совершаются в силу большой любознательности и любопытства. Эти качества были присущи человеку во все времена, и, по крайней мере, в их отсутствии нельзя было упрекнуть древнего грека Эратосфена Киренского. Сей ученый муж прославился как талантливый математик, географ, астроном и поэт, а также как первый человек, определивший радиус Земли. Произошло это примерно в 240 году до нашей эры. Однажды Эратосфен, трудившийся в Александрийской библиотеке, нашел некий папирус, который сообщал об интересном наблюдении египтян. Говорилось о том, что в южной части Египта, в Сиене (сейчас этот город известен как Асуан) 21 июня ровно полдень вертикально поставленный к земной поверхности шест перестает отбрасывать тень, а солнечные лучи достигают дна самых глубоких колодцев. Другими словами, Солнце находится прямо над головой. Любопытный Эратосфен решил проверить эти сведения в Александрии, для чего, дождавшись 21 июня, провел с шестом аналогичный опыт.

И что вы думаете? Тень от шеста была. Наш современник на его месте, скорее всего, пожал бы плечами и решил, что египтяне что-то напутали или слегка преувеличили, и продолжил бы заниматься своими повседневными делами. Но Эратосфен так просто не сдался: он измерил длину тени и, поразмыслив, пришел к выводу, что земная поверхность искривлена. В самом деле, если бы она была плоской, солнечный свет в один и тот же день падал бы везде под одинаковым углом. Решив проверить свои догадки, грек нанял одного человека для того, чтобы тот подсчитал количество шагов от Александрии до Сиены. Таким образом, он смог произвести расчеты и выяснил, что радиус Земли равен 40 000 стадий. Если перевести эту величину в километры, то получится 7000 км. Удивительно, что, учитывая способ определения, погрешность составила всего лишь 629 км - на то время это было довольно точно.

Современные теории

Несмотря на то, что средний экваториальный радиус Земли (6378.137 км), радиус орбиты, расстояние до Солнца и прочие параметры нашей планеты подсчитаны сейчас с очень высокой точностью, ученые не спешат полностью переключаться на исследование космоса.

В частности, в XIX веке была выдвинута одна любопытная гипотеза относительно факторов, повлиявших на образование гор и океанов. Ученые предположили, что вероятной причиной был изменяющийся в результате смещения тектонических плит радиус орбиты Земли. До последнего времени немало исследователей придерживались этой точки зрения, и лишь недавно (в 2011 году) результаты нового исследования, проведенного специалистами Лаборатории реактивного движения, полностью опровергли данную гипотезу. Эксперты построили детальнейшую модель движения географических объектов на земной поверхности, ориентируясь на данные, полученные при помощи спутников. Выяснилось, что даже если радиус нашей планеты и меняется, то скорость такого изменения за год не превышает 1/10 миллиметра.

История [ | ]

Современные представления [ | ]

В нулевом приближении можно считать, что Земля имеет форму шара со средним радиусом 6371,3 км. Такое представление нашей планеты хорошо подходит для задач, точность вычислений в которых не превышает 0,5 %. В действительности Земля не является идеальным шаром. Из-за суточного вращения она сплюснута с полюсов; высоты материков различны; форму поверхности искажают и приливные деформации.

Если бы Земля была целиком покрыта океаном и не подвергалась приливному воздействию других небесных тел и прочим подобным возмущениям, она имела бы форму геоида . В действительности в различных местах поверхность Земли может значительно отличаться от геоида. Для лучшей аппроксимации поверхности вводят понятие референц-эллипсоида , который хорошо совпадает с геоидом только на каком-то участке поверхности. Геометрические параметры референц-эллипсоидов отличаются от параметров среднего земного эллипсоида , который описывает земную поверхность в целом.

На практике используется несколько различных средних земных эллипсоидов и связанных с ними систем земных координат.

Название a, км 1/f GM ⊕ ×10 14 м³c −2 J 2 ×10 −3 Ω×10 −5 рад/с WGS84 6378,137 298,257223563 3,986004418 1,08263 7,292115

© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Земля... Такая милая, родная для всего человечества планета. Много ли мы знаем о ней? Да, много. А много ли того, чего мы не знаем о ней? Очень много, больше того, что знаем. Тайны свои планета наша раскрывает совсем неохотно. В значительной степени это потому, что тайны планеты Земля, так сказать, не только её личные, но это тайны и космические, тайны Вселенной.

Как космическое тело Земля является планетой, вращающейся вокруг Солнца вместе с другими планетами (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон).

Основные параметры планеты Земля

Среднее расстояние от Земли до Солнца - 149597870 км.
Среднее расстояние от Земли до Луны - 384400 км.
Время полного оборота Земли вокруг своей оси (звёздные сутки) - 23 часа 56 мин. 4,09 сек.
Период обращения Земли вокруг Солнца (тропический год) - 365,25 суток
Средняя скорость движения Земли по орбите - 29,76 км/сек.
Масса 6 000 000 000 000 млрд. тонн.

Размеры Земного шара (эллипсоида):

Большая полуось (экваториальный радиус), а - 6378,2 км.
Малая полуось (полярный радиус), в - 6356,9 км.
Сжатие с=(а-в)/а - 1: 298,3
Средний радиус Земли, принимаемой за шар - 6371,2 км.
Длина меридиана - 40008,6 км.
Длина экватора - 40075,7 км. (диаметр экватора - 12756 км.)
Поверхность Земли - 510 100 000 кв.км.
Средняя высота суши над уровнем океана - 875 м.
Средняя глубина мирового океана - 3800 м.
Наибольшая высота суши над уровнем океана - 8848 м. (гора Эверест)
Наибольшая глубина мирового океана - 11022 м. (Марианская впадина)

Распределение суши и воды на земном шаре

Поверхность земного шара	Северное полушарие		Южное полушарие		Земля в целом
	млн. кв.км	%	млн. кв.км	%	млн. кв.км	%
Суша	100	39	49	19	149	29
Вода	155	61	206	81	361	71
Всего	255	100	255	100	510	100

*) Данные взяты из Малого атласа мира, издательство Москва, 1980.

Из этих данных следует давно общепризнанный факт, что Земля незначительно сжата у полюсо́в. Однако имеются данные о том, что Земля имеет дынеобра́зную форму, т.е. сжата по экватору так, что по вертикальной оси она на несколько десятков километров больше, чем по экваториальной оси. Но эту гипотезу учёных Калифорнийского технологического института мы не рассматриваем и приводим здесь исключительно для све́дения любителей экзотики.

Какова́ же действительная форма Земли по современным представлениям официальной науки? Из приведенных данных (Малый а́тлас мира) следует, что Земля - это шар с отклонениями от математически точной формы. Назвать Землю эллипсоидом рука не поднимается: слишком крохотная для размеров Земли разница между большой и малой осями эллипсоида. Поэтому в науке форму Земли называют геоидом. Это надо понимать так, что Земля имеет форму Земли.

Правда, для людей, которые изо дня в день наблюдают окружающие их предметы и явления природы и не задумываются над их сущностью, причинами и, тем более, происхождением, абсолютно всё равно, какую форму имеет планета Земля. Они не видят потрясающую красоту и великую мудрость окружающего мира, у них не возникают вопросы о том, почему так всё устроено на Земле, и не возникает желания узнать что-нибудь о планете, на которой они живут. Их интересы ограничиваются кругом повседневных житейских забот. Таких людей много, они рядом с нами. Сразу хочу заявить: наш рассказ не для них. Наш рассказ для тех людей, которых интересует всё о Земле: её происхождение и возраст, её красота и богатство, её уникальность как космического тела и как ме́ста возникновения жизни и пребывания нашей человеческой цивилизации. Наш рассказ для людей, которых не просто интересует, а глубоко волнует будущее Земли, её экологии, всей её биосферы, а, значит, и будущее человечества.

Происхождение Земли

В начале нашего рассказа о Земле и геосферах необходимо сказать о том, как произошла Земля. Вопрос о происхождении Земли очень сложен, ибо речь тут может идти о происхождении всей солнечной системы и даже всей галактики, именуемой Млечным путём. На эту тему существует много научных гипотез и просто предположений. Достаточно упомянуть о гипотезе так называемого Большого взрыва. Сразу отметим, что какой-то единой стройной теории происхождения Вселенной и Солнечной системы до сих пор не существует. Различные гипотезы, выдвигаемые разными научными школами и отдельными учёными, часто противоречат друг другу. Можно остановиться, например, на такой гипотезе возникновения Солнечной системы и Земли:

Образование Солнца и планет солнечной системы. и планеты образовались около пяти миллиардов лет назад из громадного космического газопылево́го облака (1). Это облако имело приплюснутую, чечевицеобразную форму - форму диска. Ученые полагают, что и этот диск, и Солнце образовались из одной и той же вращающейся массы межзвездного газа - протосолнечной туманности. Наименее изучена самая ранняя стадия происхождения Солнечной системы - выделение протосолнечной туманности из гигантского родительского молекулярного облака, принадлежащего Галактике.

Под действием гравитационных сил притяжения облако начало́ сжима́ться, и образовался вращающийся диск из веществ, основная часть которых собралась в центре (2). Центральное ядро уменьшалось, притягивая к себе все больше материи, и в какой-то момент в его недрах под действием огромного давления сжатия пошла ядерная реакция (3) - зажглась звезда, возникло Солнце. Остальное вещество сбивалось в меньшие образования из камней и сгустков газа - так образовались планеты. Солнечная система приняла современный вид (4).

На начальной стадии своего формирования Солнце было очень горячим, что явилось причиной испарения в космос большой части лёгких летучих веществ (преимущественно водорода и гелия), которые находились в области, где формировалась Земля. Другими словами, протопланетная туманность вокруг Солнца разделилась на две различные по составу и температуре части: ближайшая к Солнцу содержала меньше легких элементов и имела достаточное насыщение тяжелыми элементами, в отличие от более удаленной, обедненной тяжелыми элементами и состоящей преимущественно из легких газов. В более отдаленных и холодных областях будущей Солнечной системы, легкие вещества могли конденсироваться, образуя под действием гравитации гигантские газообразные планеты - "газовые планеты-гиганты", такие как и .

Под действием гравитационных сил материя солнечной туманности аккумулировалась также и во внутренней части туманности - здесь происходило образование Земли и других планет земной группы. Но из-за огромной температуры материя находилась в расплавленном состоянии; более плотные вещества, такие, как железо, никель и их соединения, устремились к центру планеты, тогда как более легкие, например, силикаты разных металлов, из которых впоследствии образовались скальные породы, остались на поверхности. Такой процесс получил название гравитационной дифференциации. По окончании этого процесса температура на Земле постепенно понизилась настолько, что начался процесс затвердения.

Следует отметить, что этот сценарий - только один из теоретических сценариев образования Земли. Например, в 40-х годах XX века академик О.Ю. Шмидт выдвинул ставшую общепринятой гипотезу об образовании Земли и других планет из холодных твёрдых допланетных тел - планетезималей. Планетезима́ль (от англ. planet - планета и infinitesimal - бесконечно малый ) - тело, представляющее собой промежуточную ступень формирования планеты из протопланетного газово-пылевого облака. Более детально основные моменты теорий образования планет мы рассмотрим в отдельной главе, посвященной происхождению Солнечной системы.

Уважаемые посетители!

У вас отключена работа JavaScript . Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!

Люди давным-давно догадывались, что Земля, на которой они обитают, похожа на шар. Одним из первых высказал мысль о шарообразности Земли древнегреческий математик и философ Пифагор (ок. 570—500 до н. э.). Величайший мыслитель древности Аристотель, наблюдая лунные затмения, подметил, что край земной тени, падающей на Луну, всегда имеет круглую форму. Это и позволило ему с уверенностью судить о том, что наша Земля шарообразна. Теперь же, благодаря достижениям космической техники, все мы (и не раз) имели возможность любоваться красотой земного шара по снимкам, сделанным из космоса.

Уменьшенным подобием Земли, ее миниатюрной моделью является глобус. Чтобы узнать длину окружности глобуса, достаточно обернуть его питью, а затем определить длину этой нити. По огромную Землю с мерной лептой по меридиану или экватору не обойдешь. Да и в каком бы направлении мы ни стали ее измерять, па пути обязательно появятся непреодолимые препятствия — высокие горы, непроходимые болота, глубокие моря и океаны...

А можно ли узнать размеры Земли, не измеряя всей ее окружности? Конечно, можно.

Известно, что в окружности 360 градусов. Поэтому, чтобы узнать длину окружности, в принципе достаточно измерить точно длину одного градуса и результат измерения умножить на 360.

Первое измерение Земли таким способом произвел древнегреческий ученый Эратосфен (ок. 276—194 до и. э.), живший в египетском городе Александрии, па берегу Средиземного моря.

С юга в Александрию приходили караваны верблюдов. От сопровождавших их людей Эратосфен узнал, что в городе Сиене (нынешнем Асуане) в день летнего солнцестояния Солнце в иол-день находится над головой. Предметы в это время не дают никакой тени, а солнечные лучи проникают даже в самые глубокие колодцы. Стало быть, Солнце достигает зенита.

Путем астрономических наблюдений Эратосфен установил, что в этот же самый день в Александрии Солнце отстоит от зенита на 7,2 градуса, что составляет ровно 1/50 часть окружности. (В самом деле: 360: 7,2 = 50.) Теперь, чтобы узнать, чему равна окружность Земли, оставалось измерить расстояние между городами и умножить его па 50. Но измерить это расстояние, пролегающее по пустыне, Эратосфену было не под силу. Не могли измерить его и проводники торговых караванов. Они лишь знали, сколько времени тратят их верблюды на один переход, и считали, что от Сиены до Александрии 5000 египетских стадий. Значит, вся окружность Земли: 5000 x 50 = 250 000 стадий.

К сожалению, мы не знаем точно длину египетской стадии. По некоторым данным, она равна 174,5 м, что дает для земной окружности 43 625 км. Известно, что радиус в 6,28 раза меньше длины окружности. Получалось, что радиус Земли, но Эратосфену,— 6943 км. Вот так более двадцати двух веков тому назад впервые были определены размеры земного шара.

По современным данным, средний радиус Земли составляет 6371 км. По почему средний? Ведь если Земля — шар, то идее земные радиусы должны быть одинаковыми. Об этом мы расскажем дальше.

Способ точного измерения больших расстояний впервые предложил голландский географ и математик Вилдеброрд Сиеллиус (1580-1626).

Представим себе, что необходимо измерить расстояние между точками А и Б, удаленными одна от другой на сотни километров. Решение этой задачи следует начать с построения на местности так называемой опорной геодезической сети. В простейшем варианте она создается в виде цепочки треугольников. Вершины их выбираются на возвышенных местах, где сооружаются так называемые геодезические знаки в виде специальных пирамид, и обязательно так, чтобы из каждого пункта были видны направления на все соседние пункты. А еще эти пирамиды должны быть удобны для работы: для установки угломерного инструмента — теодолита — и измерения всех углов в треугольниках этой сети. Кроме того, в одном из треугольников измеряется одна сторона, которая пролегает по ровной и открытой местности, удобной для линейных измерений. В результате получается сеть треугольников с известными углами и исходной стороной — базисом. Затем следуют вычисления.

Решение наминается с треугольника, содержащего базис. По стороне и углам вычисляются две другие стороны первого треугольника. Но одна из его сторон является одновременно стороной смежного с ним треугольника. Она служит исходной для вычисления сторон второго треугольника и так далее. В конце концов находятся стороны последнего треугольника и вычисляется искомое расстояние — дуга меридиана АБ.

Геодезическая сеть обязательно опирается на астрономические пункты А и Б. Методом астрономических наблюдений звезд определяются их географические координаты (широты и долготы) и азимуты (направления на местные предметы).

Теперь, когда известна протяженность дуги меридиана АБ, а также ее выражение в градусной мере (как разность широт астропунктов А и Б), не составит особого труда вычислить длину дуги 1 градуса меридиана путем простого деления первой величины на вторую.

Этот способ измерения больших расстояний на земной поверхности получил название триангуляции — от латинского слова «триапгулюм», что значит «треугольник». Он оказался удобным для определения размеров Земли.

Изучением размеров нашей планеты и формы се поверхности занимается наука геодезия, что в переводе с греческого означает «землеизмерение». Ее зарождение следует отнести к Эратосфсну. Но собственно научная геодезия началась с триангуляции, впервые предложенной Сиеллиусом.

Самое грандиозное градусное измерение XIX века возглавил основатель Пулковской обсерватории В. Я. Струве. Под руководством Струве русские геодезисты совместно с норвежскими измерили дугу» простиравшуюся от Дуная по западным областям России в Финляндию и Норвегию до побережья Северного Ледовитого океана. Общая протяженность этой дуги превысила 2800 км! В ней было заключено более 25 градусов, что составляет почти 1/14 часть земной окружности. В историю науки она -вошла под названием «дуги Струве». Автору этой книги в послевоенные годы довелось работать на наблюдениях (измерениях углов) на пунктах государственной триангуляции, примыкавших непосредственно к знаменитой «дуге».

Градусные измерения показали, что паша Земля не является в точности шаром, а похожа на эллипсоид, то есть она сжата у полюсов. У эллипсоида все меридианы представляют собой эллипсы, а экватор и параллели — окружности.

Чем длиннее измеряемые дуги меридианов и параллелей, тем точнее можно вычислить радиус Земли и определить ее сжатие.

Отечественные геодезисты промерили государственную триангуляционную сеть почти на половине территории СССР. Это позволило советскому ученому Ф. Н. Красовскому (1878-1948) более точно определить размеры и форму Земли. Эллипсоид Красовского: экваториальный радиус — 6378,245 км, полярный радиус — 6356,863 км. Сжатие планеты — 1/298,3, то есть на такую часть полярный радиус Земли короче экваториального (в линейной мере — 21,382 км).

Представим себе, что па глобусе с поперечником 30 см решили изобразить сжатие земного шара. Тогда полярную ось глобуса пришлось бы укоротить на 1 мм. Это так мало, что совершенно незаметно для глаза. Вот так и Земля с большого расстояния кажется совершенно круглой. Такой ее наблюдают космонавты.

Изучая форму Земли, ученые прийти к выводу, что она сжата не только вдоль оси вращения. Экваториальное сечение земного шара в проекции на плоскость дает кривую, которая тоже отличается от правильной окружности, правда совсем немного — на сотни метров. Все это свидетельствует о том, что фигура у нашей планеты более сложная, чем казалось раньше.

Теперь уже совершенно ясно, что Земля не является правильным геометрическим телом, то есть эллипсоидом. К тому же поверхность нашей планеты далеко не гладкая. На ней есть возвышенности и высокие горные хребты. Правда, суши почти в три раза меньше, чем воды. Что же в таком случае мы должны подразумевать подземной поверхностью?

Как известно, океаны и моря, сообщаясь друг с другом, образуют на Земле обширную водную гладь. Поэтому ученые условились принимать за поверхность планеты поверхность Мирового океана, находящегося в спокойном состоянии.

А как поступать в районах континентов? Что там считать поверхностью Земли? Тоже поверхность Мирового океана, мысленно продолженную под всеми материками и островами.

Вот эта фигура, ограниченная поверхностью среднего уровня Мирового океана, была названа геоидом. От поверхности геоида и ведется отсчет всех известных «высот над уровнем моря». Слово «геоид», или «землеподобный», специально придумало для названия фигуры Земли. В геометрии такой фигуры не существует. Близок по форме к геоиду геометрически правильный эллипсоид.

4 октября 1957 года с запуском в нашей стране первого искусственного спутника Земли человечество вступило в космическую эру. 11ачалось активное исследование околоземного пространства. При этом выяснилось, что спутники очень полезны и для познания самой Земли. Даже в области геодезии они сказали свое «веское слово».

Как известно, классическим методом изучения геометрических характеристик Земли является триангуляция. Но раньше геодезические сети развивали лишь в пределах материков, а между собой они не были связаны. Ведь на морях и океанах триангуляцию не построишь. Поэтому расстояния между материками были определены менее точно. За счет этого снижалась точность определения размеров самой Земли.

С запуском спутников геодезисты сразу поняли: появились «визирные цели» на большой высоте. Теперь можно будет измерить большие расстояния.

Идея метода космической триангуляции проста. Синхронные (одновременные) наблюдения спутника из нескольких отдаленных пунктов земной поверхности позволяют привести их геодезические координаты к единой системе. Так были связаны воедино триангуляции, построенные на разных материках, а заодно были уточнены размеры Земли: экваториальный радиус — 6378,160 км, полярный радиус — 6356,777 км. Величина сжатия — 1/298,25, то есть почти такая же, как у эллипсоида Красовского. Разница между экваториальным и полярным диаметрами Земли достигает 42 км 766 м.

Если бы наша планета была правильным шаром, а массы внутри нее распределены равномерно, то спутник мог бы двигаться вокруг Земли по круговой орбите. Но отклонение формы Земли от шарообразной и неоднородность ее недр приводят к тому, что над различными точками земной поверхности сила притяжения неодинаковая. Изменяется сила притяжения Земли — изменяется орбита спутника. И все, даже малейшие изменения в движении спутника с низкой орбитой — то результат гравитационного воздействия на него той или иной земной выпуклости или и падины, над которой он пролетает.

Оказалось, что наша планета имеет еще и слегка грушевидную форму. Ее Северный полюс приподнят над плоскостью экватора па 16 м, а Южный — примерно на столько же опущен (как бы вдавлен). Вот и получается, что в сечении по меридиану фигура Земли напоминает грушу. Она чуть-чуть вытянута к северу и приплюснута у Южного полюса. Налицо полярная асимметрия: Се пер нос полушарие нетождественно Южному. Так на основании спутниковых данных было получено самое точное представление об истинной форме Земли. Как видим, фигура нашей планеты заметно отклоняется от геометрически правильной формы шара, а также от фигуры эллипсоида вращения.