지구의 모습

지구의 형상은 지구 모형화에 사용되는 크기와 모양을 가리키는 측지학 기술 용어이다.모델에 필요한 정밀도를 포함하여 컨텍스트에 따라 크기와 모양이 달라집니다.구체는 여러 가지 목적으로 만족할 수 있는 잘 알려진 지구 형상의 역사적 근사치이다.좌표계가 항법, 측량, 지적층, 토지 이용 및 기타 다양한 우려사항의 정확한 요구를 충족시킬 수 있도록 정확도가 더 높은 여러 모델(타원체 포함)이 개발되었다.

동기

지구의 지형적 표면은 다양한 지형과 수역으로 뚜렷하다.이러한 지형적 표면은 지형학자, 수문학자 및 지구물리학자들의 관심사이다.지구 측정이 이루어지는 표면이지만, 불규칙성을 고려하면서 수학적으로 모형화하는 것은 매우 복잡할 것이다.

피타고라스의 구상 지구 개념은 수학적으로 다루기 쉬운 단순한 표면을 제공한다.많은 천문 및 항법 계산은 지구를 근접 근사치로 모델링하기 위해 구를 사용합니다.그러나 순수 국소 범위를 벗어난 척도의 거리와 면적을 측정하려면 더 정확한 수치가 필요합니다.전체 표면을 타원형 구체로 모델링하거나 구형 고조파를 사용하여 지오이드를 근사하거나 최적의 기준 타원체로 영역을 모델링하여 더 나은 근사치를 얻을 수 있습니다.

작은 면적의 조사의 경우 국소 지형이 곡률을 압도하기 때문에 지구 표면의 평면(평탄한) 모델로도 충분합니다.평면 테이블 조사는 지구 전체의 크기와 모양을 고려하지 않고 비교적 작은 지역에 대해 이루어집니다.예를 들어, 도시에 대한 조사는 이런 방식으로 이루어질 수 있다.

지구구제구

1600년대 후반, 장 피카르가 파리 자오선을 따라 호를 측정한 것에서부터 시작하여, 지구를 타원체로 모델링하는 데 진지한 노력이 투입되었다.개선된 지도와 더 나은 거리 및 국토 지역의 측정이 이러한 초기 시도에 동기를 부여했다.측량 기구와 기술은 다음 세기에 걸쳐 향상되었다.지구의 형상에 대한 모형은 보조적으로 개선되었다.

20세기 중후반, 지구과학 전반에 걸친 연구는 지구 형상의 정확성을 획기적으로 향상시키는데 기여했다.이 개선된 정확도의 주요 효용은 탄도 미사일의 관성 유도 시스템에 대한 지리적 및 중력적 데이터를 제공하는 것이었다.이 자금 조달은 또한 지구과학 분야의 확대를 촉진하여 많은 ^[1]대학에서 다양한 지구과학 학과의 설립과 성장을 촉진하였다.이러한 개발은 기상 및 통신 위성 제어와 GPS 위치 확인과 같은 많은 민간 활동에도 도움이 되었는데, 이것은 지구 형상에 대한 매우 정확한 모델 없이는 불가능했을 것이다.

모델

지구의 형상에 대한 모형은 사용되는 방식, 복잡성, 그리고 지구의 크기와 모양을 나타내는 정확성에 따라 다양하다.

구

스페인 해안의 20km 너비의 만을 가로지르는 풍경.지구의 곡률은 이미지를 가로지르는 수평선에 뚜렷하게 나타나며, 먼 해안의 건물들은 수평선 아래에 있고 바다에 가려져 있다.

지구 전체의 모양에 대한 가장 간단한 모델은 구이다.지구의 반지름은 지구의 중심에서 표면까지의 거리로, 약 6,371 km (3,959 mi."반경"은 보통 완벽한 구체의 특징이지만, 지구는 구면으로부터 불과 3분의 1퍼센트만 벗어나고, 많은 맥락에서 구면으로서 충분히 가깝고 "지구의 반지름"이라는 용어를 정당화한다.

구형의 지구의 개념은 기원전 ^[2]6세기 경으로 거슬러 올라가지만, 기원전 3세기까지 철학적 추측의 문제로 남아있었다.지구 반지름에 대한 최초의 과학적 추정은 기원전 240년경 에라토스테네스에 의해 제시되었으며, 에라토스테네스의 측정 정확도는 -1 ~ 15%이다.

지구는 단지 대략적인 구면이기 때문에, 어떤 값도 지구의 자연 반지름 역할을 하지 않는다.지표면의 지점에서 중심까지의 거리는 6,353km(3,948mi)에서 6,384km(3,967mi)까지이다.지구를 구체로 모델링하는 몇 가지 다른 방법들이 각각 6,371 km (3,959 mi)의 평균 반지름을 산출한다.모델에 관계없이, 모든 반지름은 극지방의 최소값 약 6,357 km(3,950 mi)와 적도 최대값 약 6,378 km(3,963 mi) 사이에 있습니다.21km(13mi)의 차이는 극 반지름이 적도 반지름보다 약 0.3% 짧은 것에 해당한다.

회전 타원체

실제 지구에 비해 매우 과장된 타원형 구상체입니다.

2003년 IERS 기준 타원체의 편평도(맨 위는 북쪽).짙은 파란색 선의 바깥쪽 가장자리는 지구와 같은 이심률을 가진 타원형이다.비교를 위해 안에 있는 연한 파란색 원은 타원의 단축과 같은 직경을 가집니다.빨간색 곡선은 해발 100km(62mi)의 카르만 선을 나타내며, 노란색 띠는 낮은 지구 궤도에서 ISS의 고도 범위를 나타냅니다.

지구는 극지방에서 평평하고 적도에서 부풀어 오르기 때문에 측지학은 지구의 형상을 타원형 구형으로 나타낸다.타원형 구상체 또는 타원형 타원체는 짧은 축을 중심으로 타원을 회전시켜 얻은 회전 타원체이다.그것은 지구의 모양에 가장 가까운 규칙적인 기하학적 형태이다.지구나 다른 천체의 형상을 묘사하는 구상체는 기준 타원체라고 불린다.지구의 기준 타원체는 지구 타원체라고 불린다.

회전 타원체는 두 가지 양에 의해 고유하게 정의된다.측지학에서는 두 양을 표현하는 몇 가지 규칙이 사용되지만, 모두 서로 동등하고 변환이 가능합니다.

적도 $반지름$ a $($ 반축) 및 극 $반지름$ b $($ 반축)
$\displaystyle$ a $\$ $displaystyle$ e $e$ e\;
$displaystyle$ a와 $a$ $평탄화$ f $f$

이심률과 평탄화는 타원체가 얼마나 찌그러져 있는지를 표현하는 다른 방법이다.평탄화가 측지학의 정의량 중 하나로 나타날 때, 일반적으로 그 역수로 표현된다.예를 들어 오늘날의 GPS 시스템에서 사용되는 WGS 84 구면에서는 $평탄화$ 1/ $f의$ 역수는 $1/f$ 정확히 298.257223563으로 설정됩니다.

지구의 구와 기준 타원체의 차이는 300분의 1 정도로 작다.역사적으로 평탄화는 기울기 측정에서 계산되었다.오늘날에는 측지망과 위성 측지선이 사용되고 있다.실제로, 많은 기준 타원체는 수 세기에 걸쳐 다른 조사로부터 개발되어 왔다.평탄화 값은 기준 타원체마다 조금씩 다르며, 이는 지역 조건과 기준 타원체가 지구 전체를 모델링하기 위한 것인지 아니면 일부만 모델링하려는 것인지를 반영합니다.

구체는 단일 곡률 반경을 가지며, 이는 단순히 구의 반지름입니다.더 복잡한 표면에는 표면에 따라 다른 곡률 반경이 있습니다.곡률 반경은 해당 지점의 지표면에 가장 가까운 구 반지름을 나타냅니다.타원형 타원체는 표면에 격자형이 그려진 경우 평행선을 따라 동쪽에서 서쪽으로 일정한 곡률 반경을 가지지만 다른 방향에서는 곡률 반경이 변합니다.타원 타원체의 경우 극성 $r_{p}$ 반지름 $r_{p}$ p $(\$ p $r_{p}$ })는 적도보다 크다.

{\displaystyle r_{p}=syslogfrac {a^{2}}{b}},

극이 평평하기 때문에 표면이 평평할수록 구체가 커야 근접할 수 있다.반대로 적도 $r_{e}$ e({ $displaystyle r_{e})$ 에서 $r_{e}$ 타원체의 남북 곡률 반경은 극지방보다 작다.

r_{e}=syslogfrac {b^{2}}{a}}

$a$ 서 a $(\displaystyle$ a $)$ 는 $a$ 타원체의 중심에서 적도까지의 거리(직각 장축)이고b(\ $displaystyle$ b)는 $b$ 중심에서 극점까지의 거리입니다.(직선축-직선축)

지오이드

거짓 색상의 지오이드 흔들림, 음영 릴리프 및 수직 과장(1만 배율)

축척을 위해 거짓 색상의 지오이드 물결.

측정이 지구의 겉보기 또는 지형적인 표면에서 이루어지며, 계산은 타원체에서 수행된다고 방금 설명되었습니다.또 하나의 표면은 측지 측정에 관여하고 있습니다: 지오이드입니다.측지측량에서 점의 측지 좌표 계산은 일반적으로 측량 영역의 지구의 크기와 모양에 근접한 기준 타원체에 대해 수행됩니다.그러나 특정 기기로 지구 표면에서 실제로 측정한 것을 지오이드라고 합니다.타원체는 수학적으로 정의된 특정 치수의 규칙적인 표면입니다.반면 지오이드는 지구의 질량 유인력과 지구 자전의 원심력의 결합 효과에 자유롭게 적응할 수 있다면 지구 전체에 걸쳐서 바다가 일치할 표면과 일치한다.지구 질량의 불균일한 분포의 결과로, 지질 표면은 불규칙하고, 타원체는 규칙적인 표면이기 때문에, 지오이드 기복, 지오이드 높이 또는 지오이드 분리라고 불리는 두 가지 사이의 간격도 불규칙할 것입니다.

지오이드는 중력 전위가 모든 곳에서 동일하고 중력 방향이 항상 수직인 표면입니다(등전위 표면 참조).중력 기준 레벨링 장치를 포함하는 광학 기기가 측지 측정을 위해 일반적으로 사용되기 때문에 후자가 특히 중요합니다.적절하게 조정하면 계측기의 수직 축이 중력 방향과 일치하므로 지오이드에 수직이 됩니다.지오이드에 수직인 수직선(때로는 "수직"이라고도 함)과 타원체에 수직인 수직선(때로는 "타원체 법선"이라고도 함) 사이의 각도는 수직의 편향으로 정의됩니다.그것은 두 가지 요소로 구성되어 있다: 동-서 및 남북 구성 요소.^[3]

기타 도형

지구의 적도가 원이 아닌 타원으로 더 잘 특징지어지고, 따라서 타원체가 3축일 가능성은 ^[4]^[5]오랜 세월 동안 과학적으로 연구되어 왔다.현대의 기술 발전은 데이터 수집을 위한 새롭고 빠른 방법을 제공하였고, 스푸트니크 1호의 발사 이후 타원성 ^[3]이론을 조사하기 위해 궤도 데이터가 사용되었다.보다 최근의 결과에 따르면 두 적도 주축과 소축의 관성 차이가 70m로 나타나며, 더 큰 반경은 경도 15°W(및 180도)^[6]^[7]를 가리키고 있다.

배 모양

지구의 약간 배 모양의 이론은 최초의 인공위성이 남극의 움푹 패인 곳과 북극의 같은 정도의 팽대부를 나타내는 긴 주기적인 궤도 변화를 관측한 후에 생겨났고 널리 알려졌습니다.이 이론은 북반구 중위도는 약간 평평하고 남반구 중위도는 그에 따라 부풀어 ^[3]오른다고 주장한다.1958년 미국의 뱅가드 1호 위성 데이터는 남쪽의 적도 팽대부가 북쪽보다 크다는 것을 확인시켜주는데, 이것은 남극의 해수면이 ^[8]북쪽보다 낮다는 것을 증명한다.배 모양의 지구는 크리스토퍼 콜럼버스에 의해 1498년 북극성의 일주 ^[9]운동을 잘못 읽은 것에 기초하여 처음으로 이론화 되었다.

존 A. 오키프와 공동 저자들은 뱅가드 1의 위성 ^[10]데이터를 사용하여 지구가 중력장에 유의미한 3도 구면 고조파를 가지고 있다는 것을 발견한 공로를 인정받고 있다.추가적인 위성 측지 데이터를 바탕으로, 데스몬드 킹-헬은 북극에서 솟아 있는 19m의 줄기(줄기)와 ^[11]^[12]남극에서 26m의 함몰지름으로 인해 북극과 남극의 45m의 차이로 추정을 수정했다.하지만 극지방의 비대칭성은 작습니다: 이것은 지구의 평탄화보다 약 천 배 작고 심지어 지구의 ^[13]일부 지역에 있는 지오이덜 파동보다 작습니다.

현대의 측지학은 회전 타원체를 기준 타원체로 유지하고 3축성과 배 모양을 지오이드 도형의 일부로 취급하는 경향이 있다. 이들은 각각 구면 고조파 $C_{22},S_{22}$ $C_{22},S_{22}$ $,$ $S_{22}$ $C_{30}$ $({$ C_ ${30$ 에 대응하여 표현된다.3축성은 2.2번, 배 모양은 3.0번으로 주문해 주세요.

국소 근사치

보다 간단한 국소 근사치가 가능합니다.

로컬 접선 평면

로컬 접선 평면.

로컬 접선 평면은 매우 짧은 거리에 적합합니다.

접촉구

타원체와 접촉구.

주어진 지점 근처에 있는 타원체에 대한 최상의 국소 구면 근사치는 지구의 접촉구이다.반지름은 지구의 가우스 곡률반경과 같으며 반지름 방향은 측지학적 법선방향과 일치한다.접촉구의 중심은 타원체의 중심에서 오프셋되지만 타원체 표면의 지정된 점에 대한 곡률 중심에 있습니다.이 개념은 지상 및 행성 전파 엄폐 굴절 측정과 일부 항법 및 감시 애플리케이션의 ^[14]^[15]해석을 돕는다.

지구 자전 및 지구 내부

지구의 정확한 수치를 결정하는 것은 측지학의 기하학적 과제일 뿐만 아니라 지구물리학적 고려사항도 가지고 있다.아이작 뉴턴, 레온하르트 오일러 등의 이론적인 주장에 따르면 지구처럼 회전하는 5.515g/cm의³ 균일한 밀도를 가진 물체는 1:229의 평탄화를 가져야 한다.이것은 지구 ^[16]내부의 구성에 대한 어떠한 정보도 없이 결론지을 수 있다.그러나 측정된 평탄화는 1:298.25로, 이는 구에 가깝고 지구의 핵이 매우 작다는 강력한 주장입니다.따라서 밀도는 표면(화강암 암반밀도 등) 2.6 g/cm부터³ 내부 ^[17]코어 내 13 g/cm까지의³ 깊이의 함수여야 한다.

지구 및 지역 중력장

또한 지구 내부의 물리적 탐사에 영향을 미치는 것은 중력장인데, 중력장은 (질량 인력으로 인한) 중력과 (자전으로 인한) 원심력의 순 효과이다.그것은 지표면이나 위성에 의해 원격으로 매우 정확하게 측정될 수 있다.실제 수직은 지형과 모든 지질 질량이 중력장을 교란하기 때문에 일반적으로 이론적인 수직(편향 범위 최대 50")에 해당되지 않는다.그러므로, 지구의 지각과 맨틀의 총 구조는 지표면의 지질-지질학적 모델에 의해 결정될 수 있다.

「」를 참조해 주세요.

역사

레퍼런스

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귀속

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추가 정보

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외부 링크

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