Форма и размеры Земли. Геоид, эллипсоид вращения, референц-эллипсоид. Географическая система координат

Многочисленные исследования и измерения позволили установить, что Земля имеет форму неправильного в математическом отношении тела, называемого геоидом. Поверхность, образующая геоид, в отличие от физической поверхности Земли с ее неровностями (горы, впадины и т. п.) во всех своих точках горизонтальна, т. е. совпадает с нормалью к направлению силы тяжести и определяется как уровенная поверхность. В природе такая уровенная поверхность совпадает со средним уровнем воды океанов и открытых морей в спокойном состоянии, мысленно продолженным под все материки.

Теоретические исследования и результаты обработки астрономо-геодезических измерений показывают, что геоид близок к математически правильной фигуре — эллипсоиду вращения, образованному вращением эллипса вокруг его малой оси. Поэтому при производстве геодезических, картографических и других работ, требующих высокой точности, за фигуру Земли принимают эллипсоид вращения.

Величина отклонения по высоте поверхности геоида от поверхности земного эллипсоида, принятого в СССР и надлежащим образом подобранного по размерам и ориентированного в теле Земли, не превышает 100—150 м. Эллипсоид вращения практически отождествляется со сфероидом, представляющим фигуру равновесия вращающейся однородной жидкой массы. Отклонение по высоте поверхностей эллипсоида вращения и сфероида не превышает 2—3 м.

В разных странах представляют земной эллипсоид с размерами, принятыми для данной страны. Эллипсоид с определенными размерами, принятыми в конкретном государстве, называют референц - эллипсоидом.

Основными элементами, определяющими размеры земного эллипсоида, являются его полуоси: большая а и малая b. Кроме того, для характеристики земного эллипсоида, а также для некоторых расчетов применяются понятия: полярное сжатие α земного эллипсоида, выражаемое формулой:

α = (а – b) / a,

и его эксцентрицитет е, определяемый выражением:

e = .

Начиная с 1946 г. для всех геодезических и картографических работ на территории СССР принимался референц-эллипсоид Ф. Н. Красовского.

Его размеры:

— большая полуось а около 6, 38 тыс. км;

— малая полуось b около 6, 36 тыс. км;

— полярное сжатие α около 1: 3;

— квадрат эксцентрицитета е2=1:149,15.

Ориентирование в теле Земли земного эллипсоида с соответствующими размерами полуосей и сжатия характеризуется так называемыми исходными геодезическими датами. Исходными геодезическими датами называют координаты начального пункта триангуляции, определяющие его Широту , долготу , азимут на какой-либо смежный пункт и высоту поверхности геоида относительно поверхности референц-эллипсоида.

Эти даты принимаются за начальные при расчете координат всех других пунктов земной поверхности.

При пользовании иностранными. картами следует помнить, что в разных странах приняты различные исходные геодезические даты. Поэтому перенос места судна с одной карты на другую при плавании вблизи берегов следует производить не по географическим координатам, а по направлению и расстоянию до ближайшего опорного пункта, помещенного на обеих картах.

Географическая система координат.

Положение точки на любой поверхности или в пространстве определяется совокупностью конкретных величин, называемых координатами. Координаты могут выражаться как в линейной, так и в угловой мере; они определяют положение координатных линий относительно принятых за начало осей координат. Для определения положения точек на земной поверхности применяется географическая система координат.

Малая ось эллипсоида пересекает поверхность последнего в двух точках, которые называются северными и южным полюсами. Плоскости, проходящие через ось вращения Земли, называются плоскостями земных меридианов, которые в сечении с поверхностью Земли образуют большие круги, называемые меридианами. Плоскость, перпендикулярная земной оси и проходящая через центр эллипсоида, называется плоскостью экватора. Большой круг, образующийся от пересечения этой плоскости с поверхностью эллипсоида, называется земным экватором. Плоскости, параллельные плоскости земного экватора в сечении с поверхностью Земли, образуют малые круги, называемые земными параллелями.

Координатными осями системы географических координат приняты: экватор и один из меридианов, принимаемый за начальный; координатными линиями являются земные параллели и меридианы, а величинами, определяющими положение точек, т. е. координатами, географическая широта и географическая долгота.

Географической широтой точки на поверхности Земли называется угол между нормалью к поверхности эллипсоида в этой точке и плоскостью экватора. Географическая широта в судовождении обозначается греческой буквой φ (фи). Счет широт ведется от экватора к полюсам от 0 до 90°. Широты северного полушария считаются положительными и при аналитических расчетах они принимаются со знаком плюс. Северные широты обозначаются буквой N. Широты точек южного полушария, обозначаемые буквой S, считаются отрицательными и им приписывается знак минус.

Географическая широта определяет положение параллели, на которой находится определяемая точка.

Географической долготой точки называется двугранный угол, образованный плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана, проходящего через эту точку. Двугранный угол измеряется сферическим углом при полюсе между начальным меридианом и меридианом определяемой точки или численно равной ему дугой экватора, заключенной между названными меридианами.

За начальный меридиан в принципе может приниматься любой земной меридиан. По международному соглашению 1884 г. за начальный принят меридиан, проходящий через Гринвичскую обсерваторию, расположенную около Лондона.

Счет географических долгот ведется к востоку и западу от Гринвичского меридиана от 0 до 180°. Географическая долгота в судовождении обозначается греческой буквой λ (лямбда). Долготы точек, находящихся в восточном полушарии, принято считать положительными (знак плюс), западные долготы считаются отрицательными (знак минус). При определении долготы той или иной точки земной поверхности обязательно указывают на ее наименование: восточной — Оst или, как сейчас принято, Е, западной — W.