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为什么说地球不是正球形的?

2021-07-27 11:16:37 654 字数:1693字

  近现代以来,人类对地球的精确形状开展了很多的研究。1672年,法国天文学家李希通过测定,发现地球赤道的重力比其他地方都小,提出地球是扁球形的。17世纪末,英国物理学家牛顿根据万有引力理论认为,地球自转产生的惯性离心力的作用,使得地球上的物质向赤道方向移动。因此,他断定地球应是一个赤道半径要比极半径大一些的扁球体。但是,以巴黎天文台台长卡西尼为首的一派,根据他们测量子午线所得的不准确数据,认为地球应该是向两极伸长的长球。这个争论延续了半个世纪之久。1735—1744年,法国科学院派出两个测量队,分别赴欧洲北部和南美洲测量大地经线弧度,测量结果证实,地球确实是一个扁球体。

  20世纪50年代以后,天文学理论、计算机技术、微波测距、激光测距等科学技术发展非常迅速,为地球形状的精确测定提供了多种手段,特别是人造地球卫星上天,电子计算机的运用和国际间的科研合作,不断有国际科学机构公布新的数据,精确地测量出地球的大小和形状。虽然地球的表面显得凹凸不平,不同海拔高度的高山河谷纵横,既有8000多米的高山,也有10000多米的海底深沟,但相比地球(6000多千米的球半径)的尺寸而言,这些地表的凹凸还是很小的。

  目前一般认为,地球的形状可以用一个数学上标准的旋转椭球体来代表,椭球的长半轴位于赤道面,短半轴位于地球的自转轴,球心与地心重合。这个代表地球形状的标准数学椭球体的平均赤道半径为6378.14千米,极半径为6356.76千米,赤道周长和子午线方向的周长分别为40075和39941千米。新的卫星测量数据显示,与标准的地球椭球体相比,北极地区约高出18.9米,南极地区则凹进24~30米。不难看出,地球的形状不是标准的圆球形,夸大一些看,它像一只鸭梨:赤道部分微微鼓起,是“梨身”;北极地区有点尖,像个“梨蒂”;南极有点凹进去,像个“梨脐”,整个地球像个巨大的梨形旋转体。

  人们常说的地球外形多指地球的岩石圈和水圈的外边界,其实大气圈也是地球的重要组成部分。大气圈的质量、构成、分布及其边界等对于太空飞行、科学研究与观测、某些工程项目的实施等来说都是不可忽略的。因此,关于地球的真实形状及其边界是个极其复杂的问题,不同的学科领域有不同的精细化研究水平和应用需求。

  数字地球的兴起,促使所有的地理信息都要直接建立在以地球的准确形状、大小为基础的空间坐标系之上。在数字地球和测量学科领域,人们研究地球形状时,习惯把平均海水面延伸到大陆内部所构成的大地水准面作为对象,大地水准面同地球陆海表面形状十分接近,同时具有明显的物理意义。然而,受地球重力不均衡分布等因素的影响,实际上大地水准面也是凹凸不平的,它还不是一个简单的能用数学公式描述的数学曲面,因此不便于进行测量数据处理。人们设想用一个合适的旋转椭球面来近似代表大地水准面。要确定这一旋转椭球体,只需知道其形状参数(长半轴、扁率)和物理参数(地心引力常数、旋转角速度)即可。

  经纬度数据、平面坐标、海拔高程等空间坐标数据,都建立在地球的形状和大小的基础上。目前对地理坐标的精度和准确度的需求不断提高,因此对地球形状和大小的测量就必须越来越精确。所以精确的地球形状、大小,既是建设数字地球的先决条件,也是今后需要不断研究的重大基础科学问题。

  【知识点】地球上最深的海沟有多深

  马里亚纳海沟在太平洋的西部,位于菲律宾东北、马里亚纳群岛东方,处在亚洲大陆和澳大利亚之间,最深处叫查林杰海渊。1951年,英国“查林杰8号”船探测出的深度为10836米;1957年,苏联利用声波反射装置测量的深度为11034米;1960年,美国的载人潜水器“的里亚斯特号”成功到达查林杰海渊的底部,利用铅锤测量得到的深度为10912米;1984年,日本“拓洋号”船以多窄波束回波定位仪测出的深度为10924米;1995年3月24日,日本探测艇“海沟号”测得的深度为10911米;2012年2月9日,科学家利用多束回声测深仪测量了马里亚纳海沟最深处,深达10994米,误差是40米,这是迄今为止最精确的数字。

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