Диаметр земли

2.3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИГУРЫ И РАЗМЕРОВ ЗЕМЛИ

При определении фигуры и размеров Земли использовались следующие методы:

Астрономо — геодезический метод

Определение фигуры и размеров Земли основано на использовании градусных измерений, суть которых сводится к определению линейной величины одного градуса дуги меридиана и параллели на разных широтах. Однако непосредственные линейные измерения значительной протяженности на земной поверхности затруднены, ее неровности существенно снижают точность работ.Метод триангуляции. Высокая точность измерения значительных по протяженности расстояний обеспечивается применением метода триангуляции, разработанного в XVII в. голландским ученым В. Снеллиусом (1580 – 1626).
Триангуляционные работы для определения дуг меридианов и параллелей проводились учеными разных стран. Еще в XVIII в. было установлено, что один градус дуги меридиана у полюса длиннее, чем у экватора. Такие параметры характерны для эллипсоида, сжатого у полюсов. Этим подтверждалась гипотеза И. Ньютона о том, что Земля в соответствии с законами гидродинамики должна иметь форму эллипсоида вращения, сплюснутого у полюсов.

Геофизический (гравиметрический) метод

Он основан на измерении величин, характеризующих земное поле силы тяжести, и их распределении на поверхности Земли. Преимущество этого метода в том, что его можно применять на акваториях морей и океанов, т. е. там, где возможности астрономо-геодезического способа ограничены. Данные измерений потенциала силы тяжести, выполненные на поверхности планеты, позволяют вычислить сжатие Земли с большей точностью, чем астрономо-геодезическим методом.
Начало гравиметрическим наблюдениям было положено в 1743 г. французским ученым А. Клеро (1713 – 1765). Он предположил, что поверхность Земли имеет вид сфероида, т. е. фигуры, которую приняла бы Земля, находясь в состоянии гидростатического равновесия под влиянием только сил взаимного тяготения ее частиц и центробежной силы вращения около неизменной оси. А. Клеро предположил также, что тело Земли состоит из сфероидальных слоев с общим центром, плотность которых возрастает к центру.

Космический метод

Развитие космического метода и изучения Земли связано с освоением космического пространства, которое началось с момента запуска советского искусственного спутника Земли (ИСЗ) в октябре 1957 г. Перед геодезией были поставлены новые задачи, связанные с бурным развитием космонавтики. В их числе – наблюдение за ИСЗ на орбите и определение их пространственных координат в заданный момент времени. Выявленные отклонения реальных орбит ИСЗ от предвычисленных, вызванные неравномерным распределением масс в земной коре, позволяют уточнить представление о гравитационном поле Земли и в конечном результате о ее фигуре.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Для каких целей используются данные о форме и размерах Земли?
2. По каким признакам в древности определили, что Земля имеет шарообразную форму?
3. Какую фигуру называют геоидом?
4. Какую фигуру называют эллипсоидом?
5. Какую фигуру называют референц-эллипсоидом?
6. Каковы элементы и размеры эллипсоида Красовского?
7. Назовите основные линии и плоскости земного эллипсоида.
8. Какие методы используются для определения фигуры и размеров Земли?
9. Дайте краткую характеристику каждому методу.

• Далее
• Главная
• Предыдущая

Масса и плотность Земли:

Масса Земли составляет 5,97· 1024 кг или, если быть точнее, 5,9726 ± 0,0006 · 1024 кг.

В астрономии масса Земли обозначается M⊕, где ⊕ – символ Земли.

В астрономии масса Земли используется как внесистемная единица массы. При этом, 1 M⊕ = 5,9722 ± 0,0006 · 1024 кг.

Соответственно массу других планет Солнечной системы можно выразить через массу Земли.

Масса Луны – спутника Земли составляет 0,0123 M⊕.

Масса Меркурия составляет 0,055 M⊕.

Масса Венеры составляет 0,815 M⊕.

Масса Марса составляет 0,107 M⊕.

Масса Юпитера составляет 317,8 M⊕.

Масса Сатурна составляет 95,16 M⊕.

Масса Урана составляет 14,54 M⊕.

Масса Нептуна составляет 17,147 M⊕.

Масса Солнца составляет 333 082 M⊕.

Среди всех планет Солнечной системы Земля стоит на четвертом месте по массе (после Юпитера, Сатурна и Нептуна).

Масса, как физическая величина, является мерой гравитационных свойств тела (гравитации, притяжения) и мерой его инертности. Соответственно различают гравитационную массу тела и инертную массу тела. В современной физике гравитационная масса и инертная масса считаются равными.

Как следствие проявления гравитационных свойств и действия закона всемирного тяготения два тела притягиваются друг к другу тем сильнее, чем больше их массы. Или чем больше масса тела, тем с большей силой она притягивает другие тела. Гравитационная масса определяет меру такого гравитационного притяжения (силы гравитационного притяжения).

Согласно закону всемирного тяготения сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m₁ и m₂, разделёнными расстоянием r, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния:

F = G · m₁ · m₂ / r2 ,

где G – гравитационная постоянная, равная примерно 6,67⋅10−11 м³/(кг·с²).

При этом масса тела не зависит от скорости движения тела и остается неизменным при любых процессах.

Масса измеряется в килограммах и относится к одной из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).

Исходя из массы Земли, как физической величины рассчитываются и другие параметры нашей планеты: плотность, ускорение свободного падения, сила тяжести, первая космическая скорость, вторая космическая скорость и пр.

Средняя плотность Земли (ρ) – 5,5153 г/см³ или 5 515,3 кг/м³.

Как узнать массу Земли?

Но ведь интереснее узнать, как вообще смогли понять, какая масса Земли? Все дело в гравитации, которую наша планета оказывает на ближайшие объекты.

Физика говорит нам, что любые тела с массой притягиваются. Если вы положите рядом два бильярдных шарика, то они будут стремиться к соседнему. Эта сила не заметна нам, но приборы улавливают благодаря своей чувствительности. Это вычисление поможет вывести массу обоих.

Ньютон предположил, что масса сферических объектов сосредоточена в их центрах. Тогда можно воспользоваться уравнением:

F = G (M1* M2/R2).

• F – сила тяжести между ними.
• G – постоянная = 6.67259 × 10-11 м3/кг с2.
• -M1 и M2 – притягивающиеся массы.
• R – дистанция между ними.

Допустим, что одна из масс представлена Землей, а второй будет килограммовая сфера. Сила между ними – 9.8 кг * м/с2. Земной радиус – 6 400 000 м. Если добавите эти значения в формулу, то получите 6 x 1024 кг.

Важно отметить, что в вопросе правильно использовать слово «масса», а не «вес», потому что последнее понятие выступает силой, которая нужна для вычисления гравитационного поля. Можно взять мяч и взвесить его на Земле и Луне, и отметка будет меняться

Но масса – стабильное число и земная – постоянна.

Кажется, что это много, но не будем забывать, что в нашей системе есть объекты и крупнее. Например, наша звезда превосходит земную массу в 330000 раз, а Юпитер в 318 раз. Есть, конечно, и крошки. Так марсианская масса занимает лишь 11% земной.

Нам повезло из-за наивысшего показателя планетарной плотности в системе – 5.52 г/см3. Это значение досталось от металлического ядра, вокруг которого сосредоточен слой скалистой мантии. Менее плотные планеты, вроде гигантского Юпитера, представлены водородом и прочими газами. Теперь вы знаете чему равна масса Земли.

• Интересные факты о планете Земля;
• Как погибнет Земля;
• Как закончится жизнь на Земле?
• Как Земля защищает нас от космоса?
• Самая похожая на  Землю планета
• Как появилась вода на Земле?
• Кто открыл Землю?
• Разрушение Земли
• Смогут ли люди передвинуть Землю?
• Как сформировалась Земля

Строение Земли

• Сколько спутников у Земли;
• Земля круглая?
• Почему Земля круглая?
• Есть ли у Земли кольца?
• Насколько большая Земля?
• Возраст Земли;
• Масса Земли;
• Земная гравитация
• Сколько весит Земля?
• Сколько весит Земля? Сравнение;
• Размер Земли
• Диаметр Земли;
• Окружность Земли
• Плотность Земли
• Магнитное поле Земли;
• Геомагнитный разворот

Поверхность Земли

• Поверхность Земли;
• Что такое поверхностная земная зона?
• Терминатор Земли
• Сколько километров займет путь вокруг Земли?
• Эффект Альбедо
• Альбедо Земли
• Гравитация Земли;
• Температура на Земле;

Положение и движение Земли

• Земля, Солнце и Луна;
• Что приводит к смене дня и ночи?
• Циклы Миланковича
• Солнечный день
• Как долго солнечный свет добирается к Земле?
• Вращение Земли вокруг Солнца;
• Что такое земное вращение?
• Почему Земля вращается?
• Что произойдет, если Земля перестанет вращаться?
• Почему Земля наклонена?
• Северный магнитный полюс
• Орбита Земли;
• Прецессии равноденствий
• Расстояние от Земли до Солнца;
• Ближайшая к Земле звезда;
• Ближайшая к Земле планета;

• Сколько длится день на Земле;
• Зимнее солнцестояние
• Сколько длится земной год;
• Скорость вращения Земли;
• Ось вращения Земли;
• Наклон Земли;

Почему изменяется масса Земли?

Масса планеты не может находиться в постоянной величине. Поскольку на этот показатель влияет множество факторов.Например, различные космические объекты и элементы, попадая на нашу планету, увеличивают её вес. Сюда можно отнести космическую пыль или метеоры, кометы и другие частицы Вселенной. Они оседают на поверхности, чем существенной влияют на массу Земли. Так, ежегодно она увеличивается в среднем на 40 тысяч тонн.

Космический мусор

Однако, некоторые моменты, происходящие в окружающем мире, напротив, уменьшают весовой показатель планеты. К примеру, земная атмосфера теряет газы, то есть они улетучиваются в космическое пространство. Данный процесс обусловлен увеличением теплового движения молекул. Собственно говоря, нагревание Земли, связанное с антропогенными процессами и глобальным потеплением, также способствует выходу веществ из атмосферы. Помимо этого, удалённые искусственные спутники периодически выходят в открытый космос, и больше не возвращаются на земную орбиту. Что явно сказывается на общей массе.В результате, уменьшение веса и массы планеты ведёт к снижению силы тяжести Земли. Из этого следует, что ослабляется способность к удержанию частиц и веществ в атмосфере.

Как измерить длину окружности Земли

Чтобы измерить окружность земли по экватору, существуют специальные приборы и космические спутники. Но, применяя знания по геометрии, получают данные без сложных инструментов. Впервые такую работу выполнил ученый Древней Греции Эратосфен.

Согласно преданиям, путешественники сообщили ему, что в день летнего солнцестояния они наблюдали, как освещалось дно самых глубоких колодцев, а предметы не отбрасывали тени. Солнце стояло в зените. Это происходило в 500 милях южнее Александрии, в Сиене. Астроном знал, что в родном городе предметы отбрасывают тень, а солнце не заглядывает на дно глубоких колодцев.

Угол 7° — это приблизительно ⅟50 часть замкнутой окружности, которая всегда имеет 360°. Астроном продолжил вычисления дальше. Он умножил расстояние до Сиены на 50. Получилась длина окружности Земли — 25000 миль. Современные исследования показали, что ученый не сильно ошибался: экваториальная окружность планеты равна 24894 мили или 40075 км.

Погрешность Эратосфена объясняется не примитивностью расчетов, которыми он пользовался. Этот способ точный, применяется и сегодня, только с более совершенными инструментами. Ученый не знал точного расстояния между городами. Оно в те времена измерялось количеством дней, проведенных караваном в пути.

Вторая причина неточности — Александрия и Сиена расположены на разных меридианах. Сегодня рассчитывают окружность между объектами, которые находятся на одном меридиане.

Измерение окружности Земли по Эратосфену. Credit: kipmu.ru.

Сколько весит Земля по сравнению с другими планетами

Как известно, в Земной группе планет наша родина является самой большой. Например, вес других планет значительно меньше: Венера имеет массу 0,815 от земного веса, масса Меркурия составляет 0,055, а Марса примерно 0,108.И всё же газовые планеты в значительной степени превосходят нас по весовой категории. К примеру, Уран тяжелее в 14,5 раз, Нептун в 17,2 раза, а Сатурн в 95,1 раз. Но до Юпитера далеко им всем. Это, безусловно, победитель в данной номинации. Он, представьте себе, хотя бы попробуйте, тяжелее Земли в 317,8 раз!

Масса планет

Взвесить планету нереально. Ведь мы не можем положить её на чашу весов. Однако для наших учёных это совсем необязательно. Невозможное — возможно…Изучение и исследование родного дома для человека не просто любопытство и принцип. Можно сказать, что это своего рода обязанность. Поскольку от знаний появляется понимание и представление обо всём, что нас окружает

А это важно для сохранения и поддержания жизни

Размеры планеты Земля в сравнении

Нейтронная звезда

Нейтронная звезда по сравнению с северо-восточной частью Англии

Нейтронная звезда — довольно странный и необычный объект. Хотя ее диаметр составляет всего 20 километров, ее масса в 1,5 раза больше Солнца, так как она невероятно плотная.

Настолько плотная, что чайная ложка весила бы миллиард тонн. А если бы вы стояли на ее поверхности, то почувствовали силу тяжести, которая в 200 миллиардов раз больше, чем на нашей планете.

Кроме того, нейтронная звезда обладает способностью вращаться, и скорость самой быстрой нейтронной звезды составляет 716 раз в секунду.

Гора Олимп на Марсе

Марсианский вулкан Олимп помещается в штат Аризона

Хотя Марс — относительно небольшая планета, здесь находится самый большой вулкан в Солнечной системе — гора Олимп. Она в 3 раза выше горы Эверест, достигая 624 км в ширину и 26 км в высоту.

На вершине этой невероятной структуры находится кальдера диаметром 80 км.

Спутник Юпитера Ио

Сравнение спутника Юпитера — Ио с Северной Америкой

Спутник Ио является самым вулканическим телом в Солнечной системе. Его диаметр составляет 3636 км, а размер приближен к размеру спутника Земли — Луне. Ио просто крошечный по сравнению с Юпитером, находясь на расстоянии 350 000 км от него (или 2,5 Юпитеров).

Из-за гравитационного притяжения Юпитера ядро Ио расплавлено, а вулканы на поверхности извергают лаву, покрывая Ио желтой серой. Потоки лавы настолько высокие, что, если бы они происходили на Земле, то они были выше Международной космической станции.

Назначение

Для ведения различных расчетов ученым необходимо обозначить особые разделители планеты, которыми служат экватор, параллели и меридианы.

Эти условные линии позволяют определять положение различных объектов, дают возможность самолетам ориентироваться в воздухе, а кораблям на воде.

Кроме того, именно эта полоса позволяет ученым разделать всю территорию планеты на климатические зоны или же пояса.

На самом деле длина окружности Земли по экватору – это ключевая метрическая характеристика, которая берется к расчету. Она помогает не только в таких науках, как геодезия или элементарная география, но и в астрологии и астрономии.

На экваторе в данный момент расположены территории четырнадцати государств. Политическая карта мира постоянно меняется: страны появляются и исчезают, их границы могут расширяться либо сужаться. О каких государствах идет речь:

• Бразилия,
• Эквадор,
• Индонезия,
• США,
• Мальдивы и другие страны.

Какова длина окружности Земли по экватору

По самым точным подсчетам длина экватора в расчете на километры составляет 40075 км. А вот длина экватора Земли в милях достигает 24901 милю.

Что касается такого понятия, как радиус, то он бывает полярным и экваториальным. Размеры первого в километрах достигают 6356, а второго – 6378 км

Геодезия

Геоид

Для правильного изучения размеров и формы Земли используется геодезия, отрасль науки, ответственная за измерение размера и формы Земли с помощью обследований и математических расчетов.

На протяжении всей истории, геодезия была важной отраслью науки, так как ранние ученые и философы пытались определить форму Земли. Аристотель — первый человек, которому приписывают попытку рассчитать размер Земли и, следовательно, ранний геодезист

Затем последовал греческий философ Эратосфен, оценивший окружность Земли в 40 233 км, что лишь немного больше принятого в наши дни измерения.

Чтобы исследовать Землю и использовать геодезию, исследователи часто ссылаются на эллипсоид, геоид и референц-эллипсоид. Эллипсоид является теоретической математической моделью, которая показывает гладкое, упрощенное представление о поверхности Земли. Он используется для измерения расстояний на поверхности без учета таких факторов, как изменения высоты и формы рельефа

С учетом реальности земной поверхности, геодезисты используют геоид — модель планеты, которая строится с помощью глобального среднего уровня моря и, следовательно, принимает во внимание перепады высот

Основой геодезии на сегодняшний день являются данные, которые выступают в качестве ориентиров для глобальных геодезических работ. Сегодня такие технологии, как спутники и глобальные системы позиционирования (GPS), позволяют геодезистам и другим ученым делать чрезвычайно точные измерения поверхности Земли. На самом деле они настолько точны, что позволяют получать данные о поверхности Земли с точностью до сантиметров, обеспечивая наиболее точные измерения размера и формы Земли.

Размеры звезд и планет Солнечной системы

Планета Марс

Северная Америка по сравнению с Марсом

Планета Марс не такая большая, как может показаться. Если бы вы решили полететь с одной стороны Марса на другую, это заняло бы 8 часов. Диаметр Марса составляет 6792 км на экваторе, а от полюса до полюса он на 40 км меньше.

Марс является второй самой маленькой планетой в Солнечной системе после Меркурия. На самом деле масса суши Марса почти такая же, как на Земле, и хотя он намного меньше Земли, на нем нет океанов.

Сатурн

На изображении можно увидеть насколько Сатурн превосходит Землю по размерам.

По ширине колец Сатурна поместилось бы 6 планет Земля.

По диаметру основного диска Сатурна может поместиться почти 10 планет Земля, а если можно было бы заполнить пространство внутри Сатурна, в него уместилось бы 764 Земли.

Кольца Сатурна

Вот как бы выглядела наша планета, если бы вместо диска Сатурна поместили Землю

Ледяные кольца Сатурна состоят из миллиардов частиц, начиная от крошечных зерен до глыб размером с гору. 

Кольца достигают 1 км в толщину, а расстояние от внутреннего кольца до внешнего составляет 282 000 км, и это три четверти расстояния от Земли до Луны.

Юпитер

Размеры Северной Америки на фоне Юпитера

Юпитер — самая большая планета в Солнечной системе, и его масса больше, чем все планеты и спутники вместе взятые.

Диаметр Юпитера составляет 142 984 км на экваторе. Это в 11 раз больше диаметра нашей планеты. Молнии на Юпитере в 1000 раз сильнее, чем на Земле, а скорость ветра в верхних слоях атмосферы может достигать 100 метров в секунду.

Кроме того, это самая быстро вращающаяся планета, которая совершает оборот вокруг своей оси за 10 часов (Земля совершает оборот вокруг своей оси за 24 часа).

Солнце

Земля по сравнению с Солнцем

Солнце составляет 99,86 процентов массы всей Солнечной системы, а это значит, что наша Земля, другие планеты и спутники — просто мелкий щебень, оставшийся после формирования Солнца 4,5 миллиарда лет назад.

Обычное солнечной пятно легко затмевает своими размерами Землю. По диаметру Солнца может поместиться 109 планет Земля, а чтобы заполнить объем Солнца, потребовалось бы 1 300 000 Земель.

При ближайшем рассмотрении Солнце выглядит гранулированным, а всего насчитывается до 4 миллионов таких гранул по диаметру диска Солнца, каждая из них размером до 1000 км.

За 1 секунду Солнце выпускает больше энергии, чем было произведено за всю историю человечества. Оно теряет 4 миллиарда материала ежесекундно, но может прожить еще 5 миллиардов лет.

Как Эратосфен вычислил диаметр Земного шара

Например, древние греки – известные мореходы древности, к 250 г. до н. э. уже точно знали – есть земли и западнее Гибралтарского пролива, а на востоке, суша простирается вплоть до самой Индии — а это, уже само про себе давало протяженность в 10 000 км. Но и на таком немалом расстоянии, поверхность Земли не замыкалась в шар, то есть окружность Земли явно была не меньше тех самых 10 000 км, но вот насколько она была больше — никто сказать ещё не мог.

Первым, кто предложил точный ответ и методику измерения диаметра Земли, основанный целиком на наблюдениях и вычислениях ответ, был греческий ученый Эратосфен из Кирены (276—196 гг. до н. э.).

Эратосфен знал, что во время летнего солнцестояния (21 июня), когда полуденное Солнце выше всего поднимается над горизонтом, оно стоит прямо в зените над египетским городом Сиеной (нынешний Асуан). Это доказывалось тем, что палка, вертикально воткнутая в землю, в этот день не давала там тени.

Но палка, вертикально воткнутая в землю в Александрии, на 800 км севернее Сиены, в тот же день отбрасывала коротенькую тень, которая показывала, что полуденное Солнце находится на семь с лишним градусов южнее зенита.

Карта Египта и положение городов Александрия и Сиена (Асуан) – измерив длину тени в этих городах и зная расстояние между ними, Эратосфен вычислил размер Земли

Если бы Земля была плоской, Солнце и в Александрии, и в Сиене одновременно стояло бы в зените. Одно то, что это было не так, уже доказывало, что поверхность Земли между этими двумя городами не плоская, а немного искривленная. То есть палка, вертикально воткнутая в землю в одном из них, оказывалась направленной под углом к палке, воткнутой вертикально в другом. Проще говоря – одна палка точно указывала прямо на Солнце, а вот другая — нет.

Логично было предположить, что чем больше будет кривизна поверхности Земли, тем больше должны быть и угол между палками и разница в длине отбрасываемой ими тени. Эратосфен тщательно подкрепил свои расчеты геометрическими построениями, но мы можем просто сказать, что поскольку разница примерно в 7° соответствует 800 км, то разница в 360° (или полный оборот по окружности) будет соответствовать пропорционально 40 000 км.

Если окружность шара известна, то известен и его диаметр, так как диаметр любой окружности равен ее длине, деленной на число π, равное примерно 3,14.

Таким образом, Эратосфен пришел к выводу, что окружность Земли составляет примерно 40 000 км, а диаметр Земли равен приблизительно 12 800 км. Площадь поверхности такого шара равна примерно 500 000 000 кв. км, т.е. в шесть раз больше того мира, который был известен древним.

Однако, земной Шар Эратосфена, по-видимому, оказался для древних греков уж чрезмерно большим, и когда позднее другие астрономы повторили его наблюдения и получили меньшие цифры (окружность 29 000 км, диаметр 9 200 км, площадь 250 000 000 кв. км), то именно эти цифры и были охотно приняты, а об открытии Эратосфена поспешили забыть.

Расстояние до ядра Земли

Достичь наиболее глубокий центральный участок небесного тела еще никому не удавалось. Лавы, извергающихся вулканов, плавятся на глубине 220-300 км, образование драгоценных пород (бриллиантов) происходит не ниже 500 км. Все, что находится глубже — это тайна. Однако, ученые нашли способ ответить на вопрос “Сколько километров до ядра Земли” с помощью сейсмологии.

Во время
землетрясений образуются мощные ударные волны по всей планете. Подобные
колебания должны проходить по всей территории земного шара. Но, если толчки от
землетрясений происходят на одной стороне планеты, то на противоположной —
колебательные волны подавляются. Исследовав эти данные, ученые пришли к выводу,
что S-волны реверберируют, сталкиваясь с твердым и жидким слоями. 

После того,
как специалисты воссоздали карту движений колебательных волн, стало ясно, что
на расстоянии 3000 км находятся жидкие породы.