Понятие о фигуре Земли.

Для решения многочисленных практических задач геодезии необходимо знать координаты отдельных точек земной поверхности в единой выбранной системе координат. Эти координаты непосредственно из измерений не получаются, а находят их вычислением, произведенным по результатам измерений.

Физическая поверхность Земли, как уже отмечалось, со всеми ее неровностями крайне сложна, и использовать ее для обработки геодезических измерений практически невозможно.

Для получения обобщенного представления о фигуре Земли ввели понятие об уровенной поверхности, которую образуют жидкости под воздействием силы тяжести. Можно представить множество уровенных поверхностей, огибающих Землю, на различных высотах.

В геодезии принята одна из них — основная уровенная поверхность. Основная уровенная поверхность совпадает со средним уровнем поверхности океанов, воды которых находятся в состоянии покоя (отсутствуют волнения, течения, приливы и т. д.). Эту поверхность, мысленно продолженную под материками и островами, принимают за идеальную поверхность Земли. Уровенная поверхность имеет одно определяющее свойство — эта поверхность во всех своих точках нормальная (перпендикулярная) к отвесным линиям (направлениям силы тяжести).

Тело, ограниченное основной уровенной поверхностью (эта поверхность непрерывна, замкнута, не имеет ни складок, ни ребер), называется г е о и д о м (от греческого слова «ge» — Земля) и дает обобщенное представление о фигуре Земли.

Поверхность геоида, как уровенная, определяется направлением отвесных линий, а направление отвесных линий зависит от распределения масс в земной коре. Отвесные линии отклоняются в сторону более плотных масс.

Поверхность фигуры геоида не может быть точно определена из-за незнания распределения плотности внутри Земли. Ученый М. С. Молоденский предложил вместо геоида принять фигуру квазигеоида, которая может быть определена точно на основании только одних астрономо-геодезических и гравиметрических измерений на поверхности Земли без учета внутреннего строения и плотности Земли. Точно могут быть определены высоты точек поверхности квазигеоида как относительно действительной земной поверхности, так и относительно принятого эллипсоида (референц-эллипсоида).

На поверхности океана квазигеоид совпадает с геоидом, а наибольшие расхождения между ними (в горных местах) в пределе 2 м.

Поверхность геоида сложна, и производить на ней математическую обработку измерений невозможно. Поэтому измеренные на земной поверхности величины проектируют на поверхность, математически изученную и одновременно наилучшим образом представляющую Землю.

В геодезии в качестве такой поверхности, называемой поверхностью относимости, принята поверхность эллипсоида. Эллипсоидов можно себе представить, как и уровенных поверхностей, множество. Выбранный эллипсоид, так называемый общий земной эллипсоид, должен иметь наибольшую близость к фигуре Земли в целом, т. е. должен удовлетворять следующим условиям:

1) центр эллипсоида должен совпадать с центром тяжести Земли;

2) плоскость его экватора должна совпадать с плоскостью земного экватора;

3) объем эллипсоида должен быть равен объему геоида;

4) точки поверхности эллипсоида минимально уклоняются по высоте от точек поверхности геоида.

Для вывода размеров общего земного эллипсоида и, следовательно, для изучения фигуры геоида в целом необходимо, чтобы градусные измерения и гравиметрические определения были сделаны равномерно на всей поверхности Земли. (*Градусными измерениями называется комплекс точных геодезических, астрономических и гравиметрических работ, проводимых для изучения и определения формы и размеров Земли, (длины дуг меридианов и параллелей.))

На поверхности океанов и морей, составляющей 71% всей поверхности Земли, градусные измерения проводить невозможно, поэтому определить размеры общего земного эллипсоида, правильно ориентировать его в теле Земли и принять в качестве поверхности относимости пока не представляется возможным.

В качестве поверхности относимости принимают референц-эллипсоид. Референц-эллипсоид — эллипсоид с определенными размерами и ориентировкой в теле Земли, на поверхность которого переносят результаты геодезических работ данной страны или группы стран.

Размеры референц-эллипсоида выводят из градусных измерений и гравиметрических определений, выполняемых на территории одного или нескольких государств, поэтому такой эллипсоид достаточно близок к геоиду на их территории и значительно уклоняется от геоида на других частях земной поверхности. Референц-эллипсоид отличается от общего земного эллипсоида. Так, центр референц-эллипсоида не совпадает с центром Земли, объем его не равен объему геоида, малая ось референц-эллипсоида не совпадает с осью вращения Земли, но параллельна ей и, наконец, не совпадают, но взаимно параллельны плоскости их экваторов.

У нас принят референц-эллипсоид Красовского. Как бы ни были точны его параметры, поверхность референц-эллипсоида не совпадает ни с физической поверхностью Земли, ни с поверхностью геоида. Расстояния между поверхностями референц-эллипсоида и геоида достигают в отдельных местах 150 м, а точек земной поверхности относительно поверхности референц-эллипсоида — сотен и тысяч метров.