Ocena brak

Kształt i rozmiary Ziemi

Autor /Czesiek Dodano /27.05.2011

Współcześnie ani kształt, ani rozmiary Ziemi nie budzą wątpliwości. Jednakże rozwój wiedzy na te tematy przechodził skomplikowane losy, wśród których należy wymienić następujące pomiary i poglądy:

Pitagoras (VI w. p.n.e.) - pierwszy pogląd o kulistości Ziemi wysu­nięty z rozważań filozoficznych - kula ma idealny kształt.

Arystoteles (IV w. p.n.e.) - pierwsze dowody na kulistość Ziemi, a mianowicie:

- widnokrąg w kształcie okręgu,

- kolistość cienia Ziemi na Księżycu w czasie jego częściowego za­ćmienia,

- stopniowe wyłanianie się obiektów zza linii horyzontu zasłoniętych przez krzywiznę Ziemi, np. statków począwszy od wierzchołków masz­tów, gór od ich szczytów.

Eratostenes (III w. p.n.e.) - pierwszy pomiar wielkości Ziemi do­konany na podstawie obserwacji astronomicznych przy przyjęciu trzech założeń, a mianowicie:

Ziemia jest kulą,

promienie słoneczne oświetlające Ziemię przy jej powierzchni są do siebie równoległe,

miejscowości, w których dokonywany jest pomiar - Syene (dzisiejszy Asuan) i Aleksandria - położone są na tym samym południku.

Pomiar Eratostenesa polegał na zmierzeniu wysokości Słońca nad hory­zontem w momencie górowania, w dniu przesilenia letniego, w Aleksan­drii. Zmierzony kąt był odchylony od zenitu o 7° l T. Tego samego dnia, w południe w Syene Słońce jest w zenicie - nad horyzontem widoczne jest pod kątem 90°. Różnicę wysokości Słońca w momencie górowania w tych dwóch miejscowościach Eratostenes potraktował jako różnicę szerokości geograficznej tych miejscowości. Znając odległość między miastami, do obliczenia obwodu Ziemi zastosował twierdzenie Talesa-jeśli dwie proste równoległe przecięte są trzecią prostą, to odpowiednie pary kątów są równe. Na tej podstawie obliczył obwód Ziemi (długość równika) na ok. 40 tyś. km i promień Ziemi na ponad 6 tyś. km. W pomiarze Eratostenesa miarą odle­głości był stadia! egipski, którego długość nie jest nam dokładnie znana - najprawdopodobniej wynosił on 157,5 m. Obliczenia Eratostenesa odbiegają niewiele od obecnie przyjętych rozmiarów Ziemi, mimo że popełnił on błąd, przyjmując położenie Syene i Aleksandrii na tym samym południku.

Ptolemeusz (II w n.e.) - obliczył obwód Ziemi na ok. 30 tyś. km na podstawie pomiaru wysokości gwiazd w momencie ich górowania nad linią horyzontu. Błąd Ptolemeusza zaważył na obliczeniach dłu­gości drogi do Indii przez K. Kolumba.

Jean Picard (1669) - dokonał pomiaru wielkości Ziemi, stosując metodę triangulacji polegającą na zastosowaniu sieci trójkątów prostokątnych wyznaczonych na powierzchni Ziemi. Wyniki otrzymane przez J. Picar-da różniły się od obecnie przyjmowanych wartości zaledwie o 0,1%.

Izaak Newton (1687) - przyjmując za pewnik teorię Kopernika o ru­chu Ziemi dookoła własnej osi, wywnioskował, że ruch ten mógł spowodować spłaszczenie Ziemi przy biegunach i jej kształt podob­ny do elipsoidy obrotowej. Wniosek I. Newtona potwierdzono liczny­mi badaniami prowadzonymi w ciągu XVIII i XIX w.

Udoskonalenie metod badawczych w XX w., a w szczególności rozwój geodezji satelitarnej, pozwoliły na przeprowadzenie bardzo dokładnych pomiarów wielkości i kształtu Ziemi. Przede wszystkim zauważono, że kie­runek działania siły ciężkości, tj. pion, w wielu miejscach odchyla się od kierunku prostopadłego do uogólnionej powierzchni Ziemi. Przez powierzchnię uogólnioną należy rozumieć powierzchnię wyrównaną - bez wzniesień na kontynentach i obniżeń dna oceanicznego. Zaobserwowane odchylenia tłumaczy się nierównomiernym rozmieszczeniem skał o różnej gęstości w skorupie ziemskiej. Dlatego przyjęto, że Ziemia ma kształt geoidy, tj. bryły, której powierzchnia jest w każdym miejscu prostopadła do pionu wyzna­czonego przez siłę ciężkości. Powierzchnia geoidy na obszarach lądowych przebiega z reguły poniżej rzeczywistej powierzchni Ziemi. Natomiast w stosunku do powierzchni elipsoidy, powierzchnia geoidy przebiega na obszarach lądowych powyżej, a w obrębie oceanów poniżej.

Stwierdzono ponadto, że równik nie jest okręgiem lecz elipsą, której półosie różnią się o 230 m. Półkula północna jest większa od półkuli połu­dniowej, natomiast spłaszczenie biegunowe jest nieco większe na półkuli południowej. Ponadto równoleżniki na półkuli północnej są krótsze niż od­powiadające im równoleżniki na półkuli południowej. Współcześnie przyjmujemy następujące rozmiary Ziemi:

średni promień równikowy - 6 378 km

średni promień biegunowy - 6 357 km

średnie spłaszczenie biegunowe - l :298,257

obwód równika - 40 075 km

powierzchnia Ziemi - 510 min km

objętość Ziemi - l 083 mld km3

Do góry