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地球的形状和大小

标签: 地球 形状 大小 测量 万有引力

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地球的形状和大小

 

    中国古代对天地的认识有所谓浑天说。东汉张衡在《浑天仪图注》里写道:“天体圆如弹丸,地如鸡中黄……天之包地犹壳之裹黄。”地球是圆的这个概念在远古就已模糊地存在了 。723 年唐玄宗派一行和南宫说等人 ,在今河南省选定同一条子午线上的 13 个地点 ,测量夏至的日影长度和北极的高度 ,得到子午线一度之长为351里80步 (  唐代的度和长度单位 )。折合现代的尺度就是纬度 一度长132.3千米,相当于地球半径为7600千米 ,比现代的数值约大20%。这是地球尺度最早的估计( 埃及人的测量更早 一些,但观测点不在同 一 子午线上 ,而且长度单位核算标 准不详,精度无从估计)。

  精确的地形测量只是到了牛顿发现万有引力定律之后才有可能,而地球形状的概念也逐渐明确。地球并非是很规则的正球体。它的表面可以用一个扁率不大的旋转椭球面来极好地逼近。扁率e为椭球长短轴之差与长轴之比 ,是表示地球形状的一个重要参量。经过多年的几何测量、天文测量以至人造地球卫星测量,它的数值已经达到很高的精度。这个椭球面不是真正的地球表面,而是对地面的一个更好的科学概括,用来作为全球各地大地测量的共同标准,所以也叫做参考椭球面 。按照 这个参考椭球面 ,子午圈上一平均度是111.1千米 ,赤道上一平均度是111.3千米 。在参考椭球面上重力势能是相等的,所以在它上面各点的重力加速度是可以计算的,公式如下:

  g0=9.780318(1+0.0053024sin2j-0.0000059sin2j)米/秒2, 式中g0是海拔为零时的重力加速度,j是地理纬度 。知道了地球形状、重力加速度和万有引力常数G=6.670×10-11牛顿·米2/千克2,可以计算出地球的质量M为 5.976×1027克。

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