3.Геоид, квазегеоид. Уровенный эллипсоид вращения.

При решении задач высшей геодезии под фигурой Земли понимают фигуру, ограниченную физической поверхностью Земли, то есть поверхностью ее твердой оболочки на суше и невозмушенной поверхностью морей и океанов. Суша занимает 1/3 земной поверхности, возвышаясь над уровнем моря в среднем на 900 м. Морями и океанами покрыто 70 % земной поверхности, поэтому за фигурой Земли прближенно можно притять фигуру, ограниченную не возмущенной поверхностью морей и океанов и продолжена под материками так, чтобы отвесные линии во всех ее точках были перпендикулярны к ней. Такую фигуру называют геоидом. Геоид изучается уже более 100 лет, сейчас его изучают на акватории мирового океана методами спутниковой с точностью до 0,1-0,3 м, измеряя расстояния от ИСЗ до подспутниковых точек на поверхности морей и океанов. Из этих измерений следует, что невозму-шенная морская поверхность в отдельных районах отклоняется по высоте от уровенной поверхности потенциала силы тяжести на 1,5-2,0 м. Поэтому при строгом подходе, геоидим считают фигуру Земли, ограниченную уровенной поверхностью потенциала силы тяжести, проходящей через начало высот, которое совпадает с некоторым средним уровнем мирового океана.

Фигуру геоида на суше нельзя изучать ни методом спутниковой альтиметрии, ни другими методами космической геодезии из-за их недостаточной точности. Наземные методы также не дает удовлетворительных результатов т. к. в этих случаях необходимо измерять силы тяжести непосредственно на поверхности геоида, что не возможно.

Молоденский М.С. доказал, что изучить фигуру геоида с высокой точностью по наземным измерениям нельзя. Вместе с тем, по наземным астрономо-геодезическим и гравиметрическим измерениям можно безупречно определить иную вспомогательную поверхность - это поверхность квазигеоида. Она откланяется от поверхности геоида лишь на 2-4 см в равнинной местности и около 2 м в горах.

На морях и океанах поверхности геоида и квазигеоида совпадают. Ограниченную поверхностью квазигеоида фигуру Земли называют квазигеоидом. Из обработки наземных измерений получают параметры квазогеоида, затем из измерений относительно его поверхности высот, точек поверхности Земли теоретически строго получают фигуру реальной Земли, ограниченную ее твердой оболочкой на суше и спокойной поверхностью морей и океанов. Эта идея предложена и реализована Молоденским.

Снутниковоя альтиметрия - это метод определения высот квазигеоида на акватории мирового океана относительно земного элипсоида. Со станций слежения на Земле определяют параметры орбиты ИСЗ по фотографическим, доплеровским, лазерным наблюдениям. Со спутника, на котором установле­на специальная аппаратура (альтимерт) определяют высоты над поверхностью океана. По полученным параметрам орбиты спутника вычисляют его гео­центрические координаты, соответствующие моментам времени, в которые были измерены высоты альтиметром.

Гравитационное поле Земли считают состоящей из 2 полей: основного (нормального) и остаточного (аномального). Каждое из этих полей удобно рас­сматривать отдельно. Считают, что нормальное поле создается физической моделью Земли, которую называют уроненным элипсоидом вращения. Внеш­няя поверхность такого элипсоида является уровенной, и следовательно сила тяжести, в каждой точке ее направлена по нормали к этой поверхности. Считается, что центр уровенного элипсоида вращения совпадает с центром масс Земли, а его ось вращения с осью вращения Земли. Гравитационное поле, создаваемое этим элипсоидом на его поверхности и за его пределами называют нормальным гравитационным полем, а создавшую им силу тяжести - нормальной силой тяжести.

Рассмотренный выше уровенный элипсоид вращения, принимаемый за физическую модель Земли при определении ее фигуры и гравитационного по­ля, называют нормальной землей.