Što je geoid?

Geoid je model Zemljine figure (to jest, njegov analog u veličini i obliku) koji se podudara s prosječnom razinom mora, au kontinentalnim područjima određuje razina alkohola. Služi kao osnovna površina iz koje se mjere topografske visine i dubine oceana. Znanstvena disciplina na točnom obliku Zemlje (geoid), njegova definicija i značenje zove se geodezija. Više informacija o tome možete pronaći u članku.

Konstantnost potencijala

Geoid je posvuda okomito na smjer gravitacije i, u obliku, približava se redovitom oblongo sferoidu. Međutim, to nije uvijek slučaj zbog lokalnih koncentracija akumulirane mase (odstupanja od homogenosti u dubini) i zbog razlika u nadmorskoj visini između kontinenata i morskog dna. Matematički gledano, geoid je ekvipotencijalna površina, koja karakterizira konstantama potencijalne funkcije. Opisuje kombinirane učinke gravitacijske privlačnosti Zemljine mase i centrifugalnog odbijanja izazvanog rotacijom planeta oko svoje osi.

Pojednostavljeni modeli

Geoid zbog neravnomjerne raspodjele mase i rezultirajućeg gravitacijske anomalije nije jednostavna matematička površina. Ne odgovara standardu geometrijske figure Zemlje. Za ovo (ali ne i za topografiju), aproksimacije se jednostavno koriste. U većini slučajeva, dovoljno geometrijsko prikazivanje Zemlje je sfera za koju treba navesti samo radijus. Kada je potrebna točnija aproksimacija, koristi se elipsoid rotacije. Ovo je površina stvorena okretanjem elipse 360 ​​° u odnosu na njegovu manju osi. Elipsoid koji se koristi u geodetskim proračunima za prikaz Zemlje naziva se referentnim. Taj se oblik često koristi kao jednostavna osnovna površina.

Elipsoid revolucije definirano dva parametra: glavna os (ekvatorijalni polumjer Zemlje) male osi (polarni radijus). Ravnanje f se definira kao razlika između većih i manjih poluosima podijeljen velikim f = (a - b) / a. Poluosi Zemlja razlikuju otprilike 21 km, a eliptičnosti je oko 1/300. Odstupanja od geoida elipsoida rotacije ne prelaze 100 m. Razlika između dva polu-osi elipse u slučaju ekvatorijalne troosovinskom elipsoidnog modela Zemlje je samo oko 80 m.

Koncept geoida

Razina mora, čak iu nedostatku efekata valova, vjetra, struja i plime, ne tvori jednostavnu matematičku sliku. Neotkrivena površina oceana mora biti ekvipotencijalna površina gravitacijskog polja, a budući da potonja odražava neujednačenost gustoće unutar Zemlje, to se odnosi i na ekvivalentne materijale. Dio geoida je ekvipotencijalna površina oceana, koja se podudara s neuređenim srednjim razinama mora. Pod kontinentima geoid nije izravno dostupan. Umjesto toga, ona predstavlja razinu na koju voda raste, ako kroz kontinente od oceana do oceana do uskih kanala. Lokalni smjer gravitacije okomito je na površinu geoida, a kut između ovog smjera i normalnog do elipsoida naziva se odstupanje od okomice.

odstupanja

To se može činiti da je Geoida - teorijski koncept, koji ima malu praktičnu vrijednost, osobito s obzirom na točke na kontinentalnom kopnene površine, ali nije. Visine točke na terenu određuju geodetskog izravnavanje, naznačen time, da se razina alkohol je postavljen tangente na Izjednačenje površine i kalibrirana korištenjem značajke poravnat utega. Prema tome, razlike u visini određuju se u odnosu na equipotentials i stoga je vrlo blizu geoida. Dakle, određivanje 3 točke koordinate na kontinentalnom površini klasične metode zahtijevaju poznavanje 4 varijabli: zemljopisna širina i duljina, visina iznad geoida zemlje i odstupanja elipsoida na ovom mjestu. Vertikalni odstupanje je igrao veliku ulogu, kao i njegove komponente u ortogonalna smjera donosi iste greške kao u astronomskog određivanja geografske širine i dužine.

Iako geodetska triangulacije pruža relativno vodoravni položaj s visokom preciznošću triangulacije mreže u svakoj zemlji ili kontinentu počeo od točaka s procijenjenih pozicije astronomske. Jedina mogućnost spajanja tih mreža u globalni sustav je izračunati odstupanja u svim osnovnim točkama. Suvremene metode geodetske pozicioniranje promijenio ovaj pristup, ali geoida je važan koncept, koji ima određenu praktičnu primjenu.

Određivanje oblika

Geoid je u suštini ekvipotencijalna površina pravog gravitacijskog polja. U blizini lokalnog višak mase, što dodaje potencijal Delta-U do normalnog potencijala Zemlje u točki za održavanje konstantnog potencijala, površina mora biti deformirana prema van. Val je dan formulom N = Delta-U / g, gdje je g lokalna vrijednost ubrzanja zbog gravitacije. Masa učinak nad geoidom komplicira jednostavnu sliku. To se može riješiti u praksi, ali je prikladno razmotriti točku na razini mora. Prvi problem je odrediti N, a ne preko Delta-U, koji se ne mjeri, već odstupanjem g od normalne vrijednosti. Razlika između lokalne i teorijske gravitacije na istoj geografskoj širini elipsoidne Zemlje bez promjena gustoće je Delta-g. Ova anomalija proizlazi iz dva razloga. Prvo, zbog privlačenja viška mase, čiji je utjecaj na gravitaciju određen negativnim radijalnim derivatom -part- (Delta-U) / dio-R. Drugo, zbog utjecaja visine N, obzirom da se gravitacija mjeri na geoidu, a teorijska vrijednost se odnosi na elipsoid. Vertikalni gradijent g na razini mora je -2g / a, pri čemu je a radijus Zemlje, pa je efekt visine određen izrazom (-2g / a) N = -2 Delta-U / a. Dakle, kombinirajući oba izraza, Delta-g = -part- / dio-r (Delta-U) -2Delta-U / a.

Formalno, jednadžba uspostavlja odnos između Delta-U i mjerljivu vrijednost Delta-g i nakon određivanja Delta-U jednadžba N = Delta-U / g će dati visinu. Međutim, otkako Delta-g i Delta-U sadrži učinke masovnih anomalija u cijeloj neizvjesnoj regiji Zemlje, a ne samo pod stanicom, posljednja jednadžba ne može se riješiti u jednom trenutku bez upućivanja na druge.

Problem N i Delta-g je odlučio britanski fizičar i matematičar Sir George Gabriel Stokes 1849. godine. Dobio je integralnu jednadžbu za N koja sadrži vrijednosti Delta-g s funkcijom njihove sferične udaljenosti od postaje. Prije lansiranja satelita u 1957, Stokes formula je bio glavni način utvrđivanja oblik geoida, ali je njegova uporaba je vrlo teško. kuglasti funkcija udaljenosti nalaze u integrandu, vrlo sporo konvergira kada je pokušavao izračunati N u bilo kojem trenutku (čak iu onim zemljama gdje je g su izmjerene na velikoj skali) neizvjesnost zbog prisutnosti neistražena područja koja može biti znatno udaljenih stanica.

Doprinos satelita

Pojava umjetnih satelita, čiji se orbiti mogu promatrati sa Zemlje, potpuno revolucionirali su izračunavanje oblika planeta i njegovog gravitacijskog polja. Nekoliko tjedana nakon lansiranja prvog sovjetskog satelita 1957. godine dobiva se vrijednost eliptičnosti koja je nadomjestila sve prethodne. Od tog vremena, znanstvenici su opetovano odredili geoidne programe promatranja s orbite na zemlji.

Prvi geodetski satelit bio je Lageos, koji je Sjedinjene Države pokrenuo 4. svibnja 1976. u gotovo kružnu orbitu na nadmorskoj visini od oko 6.000 km. To je bila aluminijska kugla promjera 60 cm s 426-točnim reflektorima laserskih greda.

Oblik Zemlje ustanovljen je kombinacijom opažanja "Lageosa" i površinskim mjerenjima gravitacije. Odstupanja geoida iz elipsoida dosežu 100 m, a najizraženija unutarnja deformacija nalazi se na jugu Indije. Nema očite izravne korelacije između kontinenata i oceana, ali postoji povezanost s nekim od glavnih značajki globalne tektonike.

Radarska altimetrija

Geoid Zemlje iznad oceana podudara se s prosječnom razinom mora, pod uvjetom da nema dinamičkih učinaka djelovanja vjetrova, plime i struja. Voda odražava radarske valove, pa se satelit opremljen radarom visinomjera može mjeriti udaljenost na površini mora i oceana. Prvi takav satelit bio je Seasat 1, koji je pokrenuo Sjedinjene Države 26. lipnja 1978. godine. Na temelju dobivenih podataka, napravljena je karta. Odstupanja od rezultata izračuna prethodne metode ne prelaze 1 m.