Эволюция представлений о строении Солнечной системы. Гео- и гелиоцентрическая системы мира. Законы и. Кеплера и и. Ньютона

Одна из первых гипотез построения Солнечной системы была предложена древнегреческим астрономом Клавдием Птолемеем во II в. н.э. В своем труде «Великое математическое построение астрономии...» («Альмагест») он предположил, что все небесные тела движутся по круговым орбитам вокруг неподвижной Земли. Земля является центром вращающейся системы Вселенной. Эта система Мира получила название геоцентрической.

В 1543 г. польский астроном Николай Коперник опубликовал сочинение «Об обращениях небесных сфер», в котором развил представление о гелиоцентрической системе Мира. Согласно этому представлению, центром вращающейся системы является Солнце, вокруг него по круговым орбитам движутся планеты, в том числе и Земля. Последователь Коперника Джордано Бруно (1548–1600) утверждал, что во Вселенной нет и не может быть центра, что Солнце – это только центр Солнечной системы.

Для утверждения гелиоцентрической системы Мира много сделал Г. Галилей (1564–1642), впервые применивший телескоп для наблюдений за движением небесных объектов. Он открыл четыре спутника Юпитера, что опровергало ошибочное представление о том, что только Земля может быть центром движения небесных тел. Галилей обнаружил, что Венера, подобно Луне, меняет свои фазы. Следовательно, Венера – шарообразное тело и движется вокруг Солнца, а не вокруг Земли.

2. Форма земли. Измерения земли

Поверхность Земли, которую принято называть физическойилитопографической поверхностью,представляет собой сочетание океанов и материков со сложными геометрическими формами. Мысль о том, что Земля имеет форму шара, впервые была высказана древнегреческим философомПифагором(VI в. до н.э.), а доказал это положение, определив при этом ее радиус, древнегреческий математик и географЭратосфен(ок. 276–194 до н.э.).

Вдень летнего солнцестоянияв Сиене ( C) лучи Солнца падают вертикально (освещали дно колодцев), а в Александрии (A)падали под углом z = 7°. Расстояние между Сиеной и Александрией было известно – 5 000 египетских стадий (1 стадия=158 метров, т.е 790 км) Следовательно, можновычислитьдлину меридиана (а отсюда и радиуса Земли). Кстати, Эратосфен и ввел понятиепараллелейимеридианов. Итак, 7 градусов составляют 7/360 = 1/51 часть окружности Земли по меридиану, и 7 градусов составляют 790 км, тогда вся окружность будет в 51 раз больше и составит 39 500 000 км. И радиус Земли вычисляется из формулы длины окружности C=2 p R, R= C/2p = 39 500 000/6/28 = 6 290 км. Точность измерений Эратосфена всего лишь 1–1.5 % !!! Как Христофор Колумб спустя полторы тысячи лет сумел принять неведомые острова около нынешней Америки за Индию, кажется его лукавством.

Впоследствии И. Ньютон(1643– 1727) теоретически доказал, что Земля –шар, приплюснутый вдоль своей оси вращения. Специальные градусные измерения в XVIII в. подтвердили это доказательство.

Земная поверхность представляет собой совокупность разнообразных по формам возвышенностей и углублений, 70,8 %ее поверхности покрыто океанами и морями и только29,2 %представляют сушу, незначительно выступающую над поверхностью воды. Но по сравнению с размерами всей Земли самые высокие горы и самые большие глубины океанов ничтожно малы. Например, на глобусе диаметром 60 см г. Джомолунгма будет изображаться как крупинка диаметром 0,25 мм. Средняя глубина Мирового океана – 3794 м, средняя высота суши – 875 м.

Для определения формы Земли необходимо установить некоторую математическую поверхность Земли и определить отступление от её физической (действительной) поверхности нашей планеты. За теоретическую форму Земли принимают форму, ограниченную поверхностью океана в спокойном состоянии, мысленно продолженной под всеми материками.

С

Рис. 1. Уровенные поверхности

редний уровень Мирового океана принято называтьуровенной поверхностьюЗемли. Немецкий физикИ.Б. Листинг(1808–1882) предложил для фигуры, ограниченной этой поверхностью, специальное название –геоид.В России и Беларуси за поверхность геоида была принята уровенная поверхность, проходящая через нуль Кронштадтского футштока. Уровенная поверхность имеет практическое значение в том смысле, что на нее проектируются все точки земной поверхности. Уровенная поверхность может быть проведена через любую точку физической поверхности Земли, а также над или под поверхностью (рис. 1). Поверхность, которая определяет фигуру планеты (т.е. совпадающая с поверхностью Мирового океана), называютосновной.

Уровенная поверхностьв любой её точкеперпендикулярна к отвесному направлению, проведённому через эту точку. Направления отвесных линий совпадает с направлением действия силы тяжести. Поверхность геоида не является правильной фигурой в геометрическом отношении, т.к. внутренне строение неоднородно и направления действия силы тяжести не совпадают с направлениями, которые они бы имели при однородном строении планеты.

Рис. 2. Уклонение отвесной линии

Отвесная линия перпендикулярная к поверхности геоида. Нормаль – перпендикулярна поверхности эллипсоида. Направление их в точках земной поверхности не совпадают. Угол между нормалью и отвесной линией – уклонение отвесной линии (). В среднем её величина составляет 3-4 сек, в местах аномалий десятки секунд.

Поверхность геоида не является правильной фигурой в геометрическом отношении, так как внутреннее строение Земли неоднородно и направления действия силы тяжести не совпадают с направлениями, которые они имели бы при однородном строении планеты. Вследствие этого уроненная поверхность, оставаясь в каждой точке перпендикулярной отвесным линиям, приобретает сложную и неправильную форму.

Рис. 3. Форма и размеры Земли	Рис. 4. Земной эллипсоид и его элементы

Наиболее близкой, математически определенной геометрической фигурой к геоиду, характеризующей фигуру и размеры Земли, является земной эллипсоид, илисфероид (теоретическая фигура Земли).Эллипсоидом называется фигура, образованная вращением эллипса вокруг малой оси. Малая ось которого совпадает с полярной осью ЗемлиРР'.

Для сфероида радиус кривизны меридиана меньше у экватора и больше у полюса. Меридианы представляют собой эллипсы. Малая ось P_NP_S–полярная ось. Большая осьWO– перпендикулярна малой оси, проходит через центр –экваториальная ось.

Основными элементами земного эллипсоида являются:

Большая полуось а = WO;/2

Малая полуось b = P_NP_S/2;

Полярной сжатие  = (а-b)/а

Для определения а, bна поверхности Земли проводят геодезическими методами измерения длины дуги меридиана.

Эти измерения называют градусными. По данным градусных измерений, были рассчитаны размеры земных эллипсоидов учеными

Ж. Деламбром(1749-1822) в 1840 г.,

Ф. Бесселем (1784-1846) в 1841 г.,

Дж. Хейфордом(1868-1925) в 1909 г. и др.

Наиболее точные размеры земного эллипсоида для нашей страны были получены в 1940 г. группой ученых, которые работали под руководством члена-корреспондента АН СССР Ф.Н. Красовского(1878-1948). Их работа была удостоена государственной премии.

Эллипсоид имеет следующие размеры: