Geoidas: Žemės tikroji fizinė forma — apibrėžimas ir paaiškinimas
Geoidas: sužinokite tikrąją Žemės fizinę formą — aiškus apibrėžimas, Gauso paaiškinimas, geodezijos reikšmė ir skirtumai nuo elipsoido bei praktiniai pavyzdžiai.
Geoidas yra Žemės paviršiaus fizinė forma, realus pasaulinis „vidutinio jūros lygio“ išplėtimas po visą planetą. Tai trimatė geometrinė figūra, kuri kartais palyginama su apelsinu — panašia į apvališką kūną, tačiau truputį platesnė aplink ekvatorių. Tokios formos kūnai vadinami iškiliaisiais sferoidais, kurie yra elipsoido atmaina, tačiau geoidas yra ypatingos, netaisyklingos rūšies „sferoidas“.
Tačiau geoidas yra labai ypatinga netaisyklingo sferoido rūšis.
Geoidas - tai forma, kurią vandenynų paviršius įgautų veikiamas vien Žemės gravitacijos ir sukimosi, nesant kitų veiksnių, pavyzdžiui, vėjų ir potvynių.
Kas yra geoidas (idetalesnė apibrėžtis)?
Trumpai tariant, geoidas yra Žemės gravitacinio lauko ekvipotencialinė paviršiaus išraiška, kurios potencialas yra tas pats kaip vidutinio jūros lygio. Tai reiškia, kad geoidu einantys paviršiai atitinka sritis, kuriose potencialo suma (gravitacinio ir centrafugalinio dėl sukimosi) yra vienoda. Plokštuma, statmena geoido paviršiui, nurodo plokštumos kryptį, pagal kurią nukrypsta laisvas svoris — tai vadinama svorio kryptimi arba plumb line.
Istorija ir terminai
Šį principą ir pavadinimą XIX a. pradžioje formavo mokslininkai; Gausas 1828 m. pateikė svarbią geoidui reikšmingą apibrėžtį. Geoidas dažnai vadinamas tikrąja fizine Žemės forma, o geodezija — mokslo sritis, tirianti Žemės formą, dydžius ir gravitaciją.
Geoidas ir etaloninis elipsoidas — kuo skiriasi?
Praktikoje paprastai naudojamas supaprastintas matematinis paviršius — etaloninis elipsoidas, kuriuo apibrėžiamos koordinačių sistemos ir žemėlapiai. Elipsoidas yra reguliari, išlyginta forma, pagal kurią lengviau skaičiuoti. Geoidas, priešingai, yra netaisyklingas dėl masės pasiskirstymo Žemėje (kalnai, dugno reljefas, tankio anomalijos) ir todėl nuo elipsoido gali skirtis keliasdešimt metrų, kartais — iki maždaug šimtų metrų. Norint gauti praktinę aukščio reikšmę (ortometrinį aukštį, pvz., metrais virš jūros lygio), reikia konvertuoti GNSS/ellipsoido aukštį į geoidinį aukštį, naudojant geoidų modelius.
Kaip geoidas matuojamas?
- Gravimetrija: vietinės gravitacijos matavimai (terestriniai, jūriniai, oro) leidžia atskleisti masės anomalijas, darančias įtaką geoidui.
- Satelitinės misijos: misijos kaip GRACE ir GOCE suteikia duomenis apie gravitacijos lauką globaliu mastu ir leidžia sukurti aukštos raiškos geoidų modelius.
- Satelitinė aukštimatika (altimetrija): naudojama vandenynų paviršiaus formai nustatyti, palyginti su vidutiniu jūros lygiu.
- GNSS ir niveliacija: tiesioginiai elipsoidiniai aukščiai iš GNSS kartu su tradicine niveliacija leidžia nustatyti geoidinių ir elipsoidinių aukščių skirtumus (geoidų pakilimą arba nuosmukį).
- Astrogeodeziniai metodai: plumb line nuokrypių matavimai priešistoriniais ir istoriniais laikais taip pat prisidėjo prie žinių apie geoido formą.
Praktinė reikšmė
- Geoidas yra pagrindas aukščių sistemos nustatymui: ortometriniai aukščiai (aukštis virš jūros lygio) remiasi geoidu.
- Žemėlapių, inžinerinių tinklų ir hidrologinių skaičiavimų tikslumui būtina žinoti skirtumą tarp elipsoido ir geoido (geoidų pakilimą).
- Globalūs geofiziniai tyrimai ir klimato tyrimai naudojasi geoidų lauko duomenimis, pvz., vandenynų srovėms ir masės persiskirstymui sekti.
Svarbios pastabos
Geoidas nėra matomas fizinis „kietas“ paviršius — tai teorinis ekvipotencialus paviršius, atitinkantis vidutinį jūros lygį ir pratęstas po žemynais. Nors pagrindinė idėja yra sena, modernūs geoidų modeliai yra nuolat atnaujinami, naudojant palydovinius duomenis ir tikslesnes gravimetrijos priemones.
Jį 1828 m. apibrėžė Gausas. Jis dažnai apibūdinamas kaip tikroji fizinė Žemės forma. Geodezija — mokslas, kuris tiria šią formą, remiasi tiek tradiciniais, tiek palydoviniais metodais, kad sudarytų geoidų modelius, reikalingus praktiniams aukščių, navigacijos ir moksliniams tikslams.
Suplotas rutulys (perdėtas)
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra geoidas?
A: Geoidas yra trimatė geometrinė figūra, panaši į apelsiną, kuris yra tam tikros rūšies netaisyklingas sferoidas.
K: Kaip apibrėžiamas geoidas?
A: Geoidas apibrėžiamas kaip forma, kurią vandenynų paviršius įgautų veikiamas vien Žemės traukos ir sukimosi, nesant kitų veiksnių, tokių kaip vėjai ir potvyniai.
K: Kas ir kada apibrėžė geoidą?
A: Geoidą 1828 m. apibrėžė Gausas.
K: Kas yra geodezija?
A: Žemės matavimų ir formų tyrimas vadinamas geodezija.
K: Kodėl vietoj geoido reikia naudoti etaloninį elipsoidą?
A: Daugeliu praktinių tikslų naudojama paprastesnė forma, nes taip lengviau atlikti skaičiavimus. Ši forma vadinama etaloniniu elipsoidu.
Klausimas: Kaip Žemės forma apibūdinama pagrindinio ugdymo programose?
A: Pagrindiniame ugdyme Žemės forma apibūdinama kaip apelsinas, t. y. rutulys, tačiau platesnis aplink ekvatorių.
Klausimas: Ar panašios į geoido formos yra ir kitose dangaus sferose?
A: Taip, tokią formą turi visos dangaus sferos, pavyzdžiui, žvaigždės ir planetos. Detalės kiekvienu konkrečiu atveju šiek tiek skiriasi.
Ieškoti