Kształt ziemi, historia, modele kształtu Piotr Jakubowski

Trochę historii Współcześnie ani kształt, ani rozmiary Ziemi nie budzą wątpliwości. Jednakże rozwój wiedzy na ten temat przechodził skomplikowane losy, wśród których wymienić można :

Czasy starożytne Zanim w starożytnej Grecji narodziła się idea kulistej Ziemi, ludzie różnych kultur twierdzili, ze Ziemia jest plaska. Antyczni Majowie wierzyli, ze Słońce krąży wokół Ziemi, podtrzymywanej przez czterech olbrzymów zwanych „bakabami”. W mitologii hinduizmu plaska Ziemia, w kształcie kwiatu lotosu symbolizującego strony świata, spoczywała na grzbietach czterech słoni, które z kolei stały na skorupie żółwia pływającego w nieskończonym oceanie. Starożytni Egipcjanie wyobrażali sobie, ze Ziemia to bóg Qeb leżący na boku, a postać bogini Nut, nachylonej łukowato nad nim, przedstawiała niebo. Babilończycy twierdzili, ze Ziemia jest góra stojącą w wodach oceanu. Po obu jej stronach znajdują się drzwi, przez które Słońce chowa się lub wychodzi na niebo.

Czasy starożytnych greków -Tales z Miletu (VII/VI w. p.n.e ) – wg. Niego Ziemia miała przypominać spłaszczony dysk, pływający po niezmierzonym oceanie. Wyobrażano sobie, że płaską Ziemię obiegają Księżyc, Słońce i planety, a wokół nich obraca się sfera gwiazd stałych. - Pitagoras (VI w. p.n.e.) – pierwszy głosił pogląd o kulistości Ziemi – kula ma idealny kształt. - Arystoteles (IV w. p.n.e.) – pierwsze dowody na kulistość Ziemi: • 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 dokonał pomiaru wielkości Ziemi na podstawie obserwacji astronomicznych przy przyjęciu trzech założeń: • 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°12’.

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. Na tej podstawie obliczył obwód Ziemi (długość równika) na ok. 40 tys. km i promień Ziemi na ponad 6 tys. km. Obliczenia Eratostenesa niewiele odbiegają od obecnie przyjętych rozmiarów Ziemi, mimo że popełnił on błąd, przyjmując, że Syene i Aleksandria położone są na tym samym południku. – Ptolemeusz (II w. n.e.) – obliczył, że obwód Ziemi wynosi ok. 30 tys. km. Dokonał tego na podstawie pomiaru wysokości gwiazd w momencie ich górowania nad linią horyzontu.

Czasy współczesne 1519-22 podróż Magellana dookoła świata 1543 M. Kopernik ogłasza heliocentryczną budowę wszechświata Francuz Jean Richer(1686) odkrył spłaszczenie Ziemi przy biegunach, 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 sprawić, że jej kształt jest podobny do elipsoidy obrotowej. Niemiec Johann Listing w XIX wieku wprowadził pojęcie geoidy - bryły , która powstałaby, gdyby poziom swobodnej powierzchni mórz przedłużyć pod lądami. To pojęcie dotyczące kształtu Ziemi obowiązuje do dziś. Bryłę Ziemi określa się również jako elipsoidę trójosiową - to znaczy bryłę, która w trzech przekrojach prostopadłych do siebie daje trzy różne elipsy. Oznacza to, że promień równikowy Ziemi nie jest identyczny we wszystkich kierunkach, ale zmienia długość (w granicach 200 metrów).

Udoskonalenie metod badawczych w XX wieku, 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 powierzchni Ziemi. Z tego względu przyjęto, że Ziemia ma kształt geoidy, tj. bryły, której powierzchnia jest w każdym miejscu prostopadła do pionu wyznaczonego przez siłę ciężkości. 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:

WYMIARY ZIEMI: Promień równikowy 6 378,24 km Promień biegunowy 6 356,86 km Obwód: 40 030 km Spłaszczenie 21,38 km Objętość 1 083 mld km3 Powierzchnia 510 mln km2 Masa 5,977*10^24 kg

Geograficzne konsekwencje kształtu Ziemi: spadek kąta padania promieni słonecznych w miarę wzrostu szerokości geograficznej różnica długości promienia biegunowego i równikowego powoduje że punkty na powierzchni Ziemi w pasie równoleżnikowym są o 21 km bardziej oddalone od jej środka, co w połączeniu z największą siła odśrodkową sprawia, że grawitacja jest tam słabsza niż w większych szerokościach geograficznych. masa Ziemi , która decyduje o sile ciążenia, mającej podstawowe znaczenie dla procesów rzeźbotwórczych, utrzymania odpowiednio grubej i gęstej atmosfery, cyrkulacji mas powietrza i obiegu wody w przyrodzie, a zatem dla procesów warunkujących rozwój życia na naszej planecie.

Dziękuję za uwagę 