Что будет с луковицей, если поместить ее в космическое пространство, вырастив перед этим до непостижимых размеров, и подвергнуть гравитационному и электромагнитному воздействию других космических тел? В ответе на этот вопрос надо учитывать, что луковичные слои очень неравномерны по соей плотности - то тут, то там встречаются не счищенные островки кожухи - литосферные плиты, налипшие комочки почвы - горы, капли лукового сока - моря и океаны... В общем, нюансов, которые необходимо учесть при ответе на поставленный вопрос - пруд пруди. Но мы, все же, попытаемся раскрыть тему формы земной луковицы, которая, как мог уже догадаться наш дорогой читатель, отличается от незамысловатого шарика, бороздящего иссиня-черные просторы галактики.
Привычным со школьной скамьи представлением о форме планеты Земля является эллипсоид. Это математически выверенная модель, описывающая нашу планету не как идеальный шар, а как чуть сплюснутый с полюсов мячик. Наша луковица приобрела такую форму из-за нескольких факторов.
Первый из них - это центробежная сила, создаваемая вращением планеты вокруг своей оси. На экваторе она выше, чем на полюсах. Именно благодаря этому планета оказывается "сплющенной" у полюсов, и диаметр, проходящий через экватор на 43 км больше. Второй фактор, влияющий на образование именно такой формы - это гравитационные аномалии. Что это такое? Дело в том, что масса распределена по планете неравномерно. Так, континентальные плиты всегда толще океанических, а еще встречаются высокие горы и глубокие впадины, мощные рудные отложения и т. п. Эти аномалии обнаруживаются по высоте полета спутников на орбите наей луковицы. Одним словом - эллипсоид это идеально ровна поверхность, по сути, математическая модель, которая предполагает, что Земля однородна по ее составу. В таком случае средний уровень моря совпадал бы с поверхностью эллипсоида. Но это не так, иначе всего этого разговора у нас просто не вышло бы.
Какая же модель тогда описывает форму Земли наиболее точно?
Горы, впадины и толщина коры вместе с вызываемой ею аномалиями - это то, что нельзя не учитывать в описании Земли, как физического объекта. Эти структуры делают поверхность планеты не гладкой, как в случае с эллипсоидом, а очень даже рельефной. Что, в свою очередь, не может не влиять на уровень Мирового океана, различный в разных точках нашей луковицы.
Если вообразить, какой формы была бы планета, покрывай ее океан сплошным равномерным слоем, то, из-за разницы центробежной силы на полюсах и на экваторе, она была бы также чуть "сплюснутой" с полюсов. Мировой океан на экваторе чуть "вздувался" бы в сторону межзвездного пространства, а ближе к полюсам это "горб" разглаживался бы.
Однако, такие динамические эффекты, как приливы, отливы и волны не учитываются в текущей модели формы Земли. Поэтому и она не является достаточно точным описанием земляной луковицы. Она лишь усредняет этот уровень.
Идеально точной моделью Земли, по крайней мере близкой к тому, является топографическая высота. Она измеряется с помощью спутниковой или аэрофотосъемки. Значения высоты в этой модели рассчитываются относительно среднего уровня моря в различных местах нашей луковицы.
Даже самые крупные формы Земли по сравнению с ее общим размером на самом деле ничтожно малы. Например, для Бездны Челленджера (10,9 км ниже уровня моря) отклонение от среднего радиуса Земли составляет всего 0,17%, а для горы Джомолунгмы (Эверест) (8,8 км) - 0,14%. Тем более незаметны будут отклонения реальной формы Земли. Эта разница с эллипсоидом составляет всего 85-106 м.
Мы слышим недовольный ропот читателей. Скажите уже, наконец, как называется эта истинная форма Земли? Внимательные читатели могли прочесть ее по первым буквам предыдущих 5 абзацев. Имя этой форме - геоид. Его отличия от идеально-ровного эллипсоида мы уже рассмотрели. Теперь, давайте, подробнее остановимся непосредственно на форме луковицы.
Форму Земли можно рассматривать в разных приближениях, допуская, таким образом, разную погрешность. В первом приближении, Земля - это шар с радиусом 6371 км. При такой постановке вопроса точность при расчетах расстояний окажется не хуже 0,5%. Этого достаточно для более или менее точных расчетов. Все потому, что, как мы уже упоминали ранее, разница между эллипсоидом и шаром в случае Земли очень незначительна.
Соответственно, во втором приближении форма Земли будет соответствовать эллипсоиду вращения. Эллипсоид вращения - это форма, описываемая вращением эллипса по оси, проходящей через его полюса. Большая полуось этого эллипса, т. е. средний экваториальный радиус, составляет 6378 км, а сжатие эллипсоида - 1/298. Представим себе Землю идеальной луковицей без гор, океанических впадин, материковых возвышенностей и аномалий. В такой модели идеальной, только не смейтесь, Земли, полностью покрытой ровным слоем воды, в вакууме, ее форма (поверхность Мирового океана) с хорошей точностью совпадала бы с эллипсоидом вращения планеты. К слову, об эллипсоиде планеты. Симбиоз гравитационной и центробежной сил дают направление силы тяжести, которая всегда практически перпендикулярна нашему эллипсоиду.
Практически, да не совсем. В третьем приближении рассматриваются отклонения направления силы тяжести, называемые уклонениями отвеса, связанные с неоднородностями: неровная поверхность суши и водоемов, а также неоднородность распределения плотностей во внутренней структуре Земли. Все это приводит к тому, что реальная поверхность Мирового океана отличается от эллипсоида на величины до 100 м. Т. е. наш отвес может немного крениться в ту или иную сторону эллипсоида. Таким образом, геоид - это уровенная поверхность невозмущенной поверхности мирового океана, причем продолженная под континентами.
Вот мы и добрались до более общих определений. Геоид - это эквипотенциальная поверхность земного поля тяжести (уровенная поверхность), приблизительно совпадающая со средним уровнем вод Мирового океана в невозмущённом состоянии, продолженная под материками. Отличие реального среднего уровня моря от геоида может достигать 1 м. Поверхность геоида везде перпендикулярна отвесной линии. Геоид - это форма, которую мог бы принять Мировой океан под действием силы тяжести и вращения Земли, ели бы отсутствовали другие воздействия, такие как ветры и приливы. Причем его точная конфигурация может быть установлена только путем расчетов, но никак не наблюдений и измерений, основанных на измерениях гравитационного поля Земли. Иногда вместо слова "геоид" используется определение "основная уровенная поверхность".
Именно относительно нее ведется измерение высот над уровнем моря. В навигации нельзя переоценить точность расчетов геоида, т. к. это жизненно необходимо, чтобы не сесть на мель. Как мы уже выяснили, относительно эллипсоида поверхность геоида является неправильной. Ее часто гипертрофируют для наглядности, и тогда наша планета становится похожей уже не на лоснящуюся луковицу, а на подсдувшийся и скомканный футбольный мяч.
Еще стоит упомянуть такую характеристику, как волнистость геоида. Это разность высот геоида и референц-эллипсоида (размер эллипсоида, который подбирается при наилучшем соотношении местного эллипсоида с эллипсоидом всей планеты в целом).
Кроме того, фигура геоида зависит от масс и плотностей в теле Земли, а оно ой, какое неравномерное. А, значит, она не имеет точного математического выражения. И измерения геоида позволяют внутреннюю луковичную структуру.
Понятие геоида распространяется также и на другие планеты Солнечной системы вместе с их спутниками и роящимися вокруг астероидами. Например, аналогичная эквипотенциальная поверхность Луны носит название селеноид. А на Марсе основные отклонения от идеального эллипсоида наблюдаются районе вулканического плато Тарсис, известного огромными размерами.
Поздравляю вас, дорогие читатели! Сегодня мы разобрались с непростой темой формы Земли. Пришло время перейти к другим космическим объектам в целом и к объектам Солнечной системы в частности. Вначале, правда, мы улетим совсем недалеко от нашей луковицы-Земли - на Луну, но впереди нас ждет еще Марс и планеты-гиганты Солнечной системы. А пока нужно как следует подкрепиться и отдохнуть - все для новых свершений! Как насчет лукового супа?..