Размеры и форма Земли и Луны фото

Размеры и форма Земли. Урок 1

Вспомните! Как доказать, что Земля шарообразна? Как развивались знания о форме Земли в процессе её истории? Какие учёные внесли вклад в изучение формы нашей планеты? Почему Земля – планета? Что изменилось бы на Земле, если бы она была плоской, расположилась дальше или ближе от Солнца? На эти и другие вопросы нам поможет ответить тема урока: «Размеры и форма Земли».

 


Есть несколько типов космических тел: звёзды, планеты, астероиды, кометы. По всем признакам Земля – планета, она не раскалённое космическое тело, вращается вокруг звезды по эллиптической орбите и т.д. Как и другие планеты, она имеет шарообразную форму. Диаметр Земли приблизительно равен 12 750 км. Но так как мы, находясь на Земле, не можем видеть её полностью, а замечаем только её часть, то поверхность кажется нам плоским кругом, ограниченным горизонтом. Поэтому многим древним народам Земля виделась плоской. Размеры и форма Земли изучались многие столетия.

Какой видели Землю древние индийцы фото
Представление о форме Земли Древних индийцев

Как изменялись представления о форме Земли?

В Древней Греции в IX-VIII вв. до н. э. (время Гомера) Землю стали представлять выпуклой полусферой, похожей на щит воина. Греки считали, что сушу со всех сторон омывает океан.

Форма Земли по Гомеру фото
Представление о Земле и Вселенной во времена Гомера

Пифагор и его ученики (VI в. до н. э.) провозгласили Землю шаром. Считается, что Пифагор заимствовал эти знания у египетских жрецов, которые в отличие от философов Древней Греции скрывали свои открытия. Но он не смог доказать своей гипотезы. Первые доказательства шарообразности Земли привёл Аристотель (IV в. до н. э.). Одни из них абсолютно верны, другие ошибочны. Об этом мы поговорим позже. Аристотель доказывал, что Земля – шар следующими результатами наблюдений:

  • во время лунных затмений, каким бы боком не была повёрнута Земля, тень от неё на поверхности Луны всегда круглая, а ведь только шар может отбрасывать всегда круглую тень;
  • корабли, уплывая вдаль, не постепенно удаляются, оставаясь видимыми полностью, а почти мгновенно «тонут» за линией горизонта;
  • при поднятии горизонт расширяется;
  • при движении по меридиану видимые звёзды на небе меняются: некоторые звёзды можно увидеть из одних районов Земли, а в других они не видны никогда.
Доказательства шарообразности Земли по Аристотелю фото
Доказательства шарообразности Земли по Аристотелю

Со временем представления о шарообразности Земли стали основываться не на наблюдениях, а на точных расчетах. Впервые высчитал размер Земли древнегреческий учёный Эратосфен (III-II вв. до н. э.). Он рассчитал длину дуги 1° меридиана.

Эратосфен заметил, что в Сиене (Асуане) в день летнего солнцестояния (21 июня) Солнце освещает дно самых глубоких колодцев, следовательно стоит в зените и угол падения его лучей равен 90°. В Александрии в это время Солнце отстоит от зенита на угол 7°12′, что составляет 1/50 часть окружности. Измерив расстояние между Сиеной и Александрией и умножив на 50, Эратосфен высчитал длину меридиана Земли, а следовательно и её радиус. Полученные им размеры расходятся с результатами современных вычислений меньше чем на 25 км.

Рассчёты Эратосфена Киренского фото
Рассчёты Эратосфена Киренского

Следовательно учёные Древней Греции имели в целом правильные представления о форме и размерах Земли. Но их географические карты были несовершенными из-за недостатка знаний и малоизученности суши и океана в тот период времени.

В Средние века, вплоть до XV в., из-за господства церкви большая часть научных знаний античных народов отрицалась. После уничтожения александрийской библиотеки почти все научные работы были прерваны. Учение о шарообразности Земли считалось ересью и категорически отвергалось. Измерения длины меридиана заново проводились арабами и китайцами, а европейцами они открывались заново, благодаря знаниям, полученным от этих народов.

Средневековые представления о Земле фото
Представления европейцев о форме Земли в Средневековье

В конце XV в. началась эпоха Возрождения, а вскоре и усиленное навёрстывание получения знаний во всех научных сферах того времени. Наступившая эпоха Великих географических открытий расширяла горизонты Земли.

  • Х. Колумб, пытаясь найти западный путь в Индию, открыл Новый Свет (Америку) в 1497 г.
  • Васко-да-Гама проложил путь в Индию вокруг Африки (1497).
  • Ф. Магеллан и его команда осуществили первое кругосветное плавание (1519-15220).

Карты становились всё точнее и подробнее, а сомнений о форме планеты не осталось. Землю «признали» шаром и стали изображать в виде объёмной модели – глобуса. Первый глобус был диаметром в 0,5 м, он был сделан в 1492 году. Его изготовил Мартин Бехайм – немецкий мореплаватель и учёный.

Первый глобус фото
«Земное яблоко» Мартина Бехайма

Из-за развития знаний о Земле представления о её форме совершенствовались. В конце XVII в., благодаря работам И. Ньютона, возникло предположение, что Земля из-за осевого вращения должна быть сжатой с полюсов. На вращение Земли действует сила притяжения и центробежная сила, величина и направление силы тяжести зависит от сложения этих сил. На полюсе центробежная сила равна нулю, поэтому сила тяжести равна силе притяжения и величина её самая большая. На экваторе возрастает центробежная сила и уменьшается сила тяжести. Равнодействующая силы притяжения и центробежной силы – сила тяжести – направлена к экватору. Под её влиянием масса планеты перемещается к экватору, и Земля приобретает форму эллипсоида.

Подтверждением этого теоретического предположения послужил такой факт. В 1672 году из Франции в Кайенну (Французская Гвиана) для изучения Марса в год Великого противостояния был отправлен астроном Ж. Рише. Он взял с собой часы, маятник которых отбивал секунды, т. е. период качания маятника был равен одной секунде. В Кайенне часы стали отставать и длину маятника пришлось укоротить. В Париже часы начали спешить. Замедление качания маятника при перемещении его из умеренных широт в экваториальные И. Ньютон объяснил уменьшением силы тяжести из-за увеличения центробежной силы.

<!— Реклама —>


Для измерения длины дуги 1° меридиана Французская академия наук в IXX в. отправила две экспедиции: одну к Северному полярному кругу, другую в экваториальные районы. У полюса длина меридиана оказалась равной 11,7 км, на экваторе – 110,6 км. Предположение Ньютона было доказано.

Шар, равномерно сплюснутый у полюсов, называется сфероидом, или эллипсоидом вращения. Сжатие Земли невелико, её экваториальный радиус всего на 21,4 км длиннее полярного.

Земля - эллипсоид вращения фото
Размеры и форма Земли. Эллипсоид вращения

Но истинная фигура не полностью соответствует эллипсоиду вращения. Эллипсоид вращения – фигура правильная, возникающая при вращении тела, имеющего однородное строение.  Фигура Земли сложнее из-за неоднородности её состава и неравномерного распределения масс. В 1873 году И. Листинг ввёл для обозначения названия фигуры Земли слово «геоид».

Истинная геометрическая фигура Земли была названа геоидом («землеподобным»). Геоид определяется как фигура, поверхность которой всюду перпендикулярна направлению силы тяжести, т. е. отвесу. Поверхность геоида совпадает с уровенной поверхностью Мирового океана. Поднятия и опускания геоида над эллипсоидом составляет  плюс-минус 50-60 м.

Геоид фото
Геоид

Размеры и форма Земли и другие её характеристики

Истинная поверхность Земли со всеми её горами и впадинами не совпадает с поверхностью геоида и отступает от него на несколько километров. Действительная поверхность планеты с её горами и впадинами постоянно подвергается силе тяжести, которая стремится выровнять её и привести в соответствие с уровенной поверхностью.

Работы по вычислению размеров Земли, выполненные под руководством Ф.Н. Красовского (1940-1946) показали, что разница между геоидом и сфероидом невелика и для картографических и геодезических работ в СССР были приняты величины земного эллипсоида названные по имени руководителя исследований. Размеры эллипсоида Красовского следующие:

  • экваториальный радиус – а=6378,2 км;
  • полярный радиус – b=6356,8 км;
  • полярное сжатие — (a-b):а =1/298;
  • длина меридиана – 40008,5 км;
  • длина экватора – 40075,7 км;
  • площадь поверхности Земли – 510 млн. км².

Размеры и форма Земли: эддипсоид Красовского фото

При анализе космических снимков Земли выяснилось, что северный полярный радиус больше южного на 30-100 м., что незначительно отличается от данных эллипсоида Красовского и для практического применения значения не имеет. Но благодаря уточнению размеров оказалось, что Земля имеет форму кардиоида. Однако для анализа большей части географических процессов Землю вообще можно принимать за шар.

Доказательства шарообразности Земли

В настоящее время научными доказательствами шарообразности Земли считаются следующие.

  1. Фотографии и измерения из Космоса с искусственных спутников Земли с разных расстояний и точек траекторий полётов.
  2. Градусные измерения по поверхности Земли.
  3. Лунные затмения.
Размеры и форма Земли: снимок из космоса фото
Снимок Земли из Космоса

Доказательства шарообразности Земли, сформулированные в древности: постепенное сокрытие предметов за горизонт, увеличение площади обзора при подъёме, изменение видимого звёздного неба при передвижении вдоль меридиана, кругосветные путешествия, освещение высоких предметов после захода и перед восходом Солнца, говорят только о выпуклости Земли, а не о её шарообразности.

Значение шарообразной формы Земли

Размеры и форма Земли имеют важное географическое значение. Её шарообразность обуславливает уменьшение угла падения солнечных лучей от низких широт (экватора) к высоким (полюсам). Вследствие этого образуется главная географическая закономерность – зональность комплексов (тепловые пояса) географической оболочки. Тепловые пояса совместно с другими причинами (расстоянием Земли от Солнца, её массой и размерами) обуславливает закономерное изменение природных явлений и процессов от экватора к полюсам.

Угол падения солнечных лучей на Землю фото
Угол падения солнечных лучей на Землю

Масса и размер Земли определяют силу земного притяжения, которая удерживает водную и воздушную оболочки, позволяя жизни развиваться на планете. Расстояние до Солнца – ещё одна счастливая для всего живого на Земле случайность. При более близком положении, чем теперь, наша планета могла бы превратиться в раскалённую пустыню, при более удалённом – приобрести постоянный ледяной панцирь.

Шаровая фигура при минимальном объёме концентрирует максимальную массу материи. Вещество планеты сжимается, внутри формируется центральное ядро, снаружи оболочки. Оболочечное строение Земли – одно из самых фундаментальных её свойств. Сферическая форма оболочек, в том числе и географической, обуславливает бесконечность и единство пространства.

Отклонение истинной формы Земли (геоид) от эллиптической обуславливает стремление вещества Земли растечься, чтобы приобрести фигуру равновесия. В результате на земной поверхности возникают секторы с тенденцией к опусканию и поднятию, а между ними формируются зоны разломов.

В настоящее время из-за замедления вращения Земли, фигура планеты стремится приобрести форму шара. В результате начинается переток земного вещества к полюсам и активация тектонических движений.

Вопросы и задания:

  1. Какова форма Земли? Сколько ответов можно дать на этот вопрос?
  2. Какими доказательствами шарообразности Земли располагает современная наука?
  3. Расскажите об основных величинах, характеризующих размеры Земли?
  4. Как изменилась бы природа Земли, если бы она была значительно меньших или больших размеров при той же плотности вещества?

 

Используемая литература:

  1. Физическая география: Справ. пособие для подгот. отд. вузов/ Г.В. Володина, И.В. Душина, С.Г. Любушкина и др.; Под ред. К.В. Пашканга. – М.: Высш. шк.. 1991.
  2. Мильков Ф.Н. Общее землеведение: Учеб. для студ. географ. спец. вузов. М.: Высш. шк. 1990.
  3. Савцова Т.М. Общее землеведение: Учеб. для студ. высш. педагог. учеб. заведений / Татьяна Михайловна Савцова. М.: Издательский центр «Академия», 2003.

 

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован.