奇石地質(zhì)講壇|第二講：地球的形狀和大小

第二講 地球的形狀和大小

地球至今已有46億歲（以前起源于原始太陽星云），是太陽系中直徑、質(zhì)量和密度最大的類地行星，距離太陽1.5億公里。地球自西向東自轉(zhuǎn)，同時(shí)圍繞太陽公轉(zhuǎn)。它也經(jīng)常被稱作世界。英語的Earth（地球）一詞來自于古英語及日耳曼語。

圖1 宇宙中的地球

地球公轉(zhuǎn)就是地球按一定軌道圍繞太陽轉(zhuǎn)動。由于太陽引力場以及地球的自轉(zhuǎn)作用，而導(dǎo)致的地球公轉(zhuǎn)，也有其自身獨(dú)特的規(guī)律性。地球的公轉(zhuǎn)遵從地球軌道、地球軌道面、黃赤交角、地球公轉(zhuǎn)的周期、地球公轉(zhuǎn)速度和地球公轉(zhuǎn)的效應(yīng)等規(guī)律（圖2）。

圖2 地球的運(yùn)動

地球的形狀通常是指大地水準(zhǔn)面所圈閉的形狀（圖3），地球不是一個(gè)正圓球體，而是兩極略扁，赤道凸出的旋轉(zhuǎn)橢球體。

圖3 大地水準(zhǔn)面所圈閉地球的形狀

所謂旋轉(zhuǎn)橢球體，是由經(jīng)線圈繞地軸回轉(zhuǎn)而成的。所有經(jīng)線圈都是相等的橢圓，而赤道和所有緯線圈都是正圓。測量上為了處理大地測量的結(jié)果，采用與地球大小形狀接近的旋轉(zhuǎn)橢球體并確定它和大地原點(diǎn)的關(guān)系，稱為參考橢球體。十九世紀(jì)，經(jīng)過精密的重力測量和大地測量，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)赤道也并非正圓，而是一個(gè)橢圓，直徑的長短也有差異。這樣，從地心到地表就有三根不等長的軸，所以測量學(xué)上又用三軸橢球體來表示地球的形狀。

此后，又發(fā)現(xiàn)地球的南北兩半球不對稱，南極較北極離地心要近一些，在北極凸出10m，在南極凹進(jìn)30m（圖4）；又在北緯45?地區(qū)凹陷，在南緯45?隆起。這一形狀和參考橢球體對比，地球又有點(diǎn)像梨子的樣子，于是測量學(xué)中又出現(xiàn)“梨形地球”這一名稱?？傊厍虻男螤詈懿灰?guī)則，不能用簡單的幾何形狀來表示。

圖4 地球形體特征

（a） 大地水準(zhǔn)面（實(shí)線）與旋轉(zhuǎn)橢球面（虛線）的關(guān)系示意圖；（b） 地球表面數(shù)字模型

人類對地球形狀的認(rèn)識是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而逐步提高的。正圓球體、旋轉(zhuǎn)橢球體以及三軸橢球體等，對于地球的真實(shí)形狀而言，可以說都是近似的。

地球的形狀不能用某種幾何形狀來表示，嚴(yán)格地說應(yīng)稱它為地球形體。地球的相關(guān)參數(shù)如下：