1957年,随着人造卫星上天,人类第一次从太空中看到了完整的地球图像。根据人造卫星运行轨道状况和分析测算的结果,发现地球并不是标准的旋转椭球体,而是呈梨形的不规则球体。
与平均海面重合,通过大陆不断延伸的封闭水准面称为大地水准面。地球的形状和大小就是指大地水准面的形状和大小。而大地水准面是地球物质引力和地球旋转两者所产生的重力的等位面,所以可通过重力值测量来确定地球的形状和大小。
根据人造卫星的轨道测量,可以准确推算地球的重力场和大地水准面。卫星轨道测量的准确度已经达到1cm。1975年,国际大地测量和地球物理联合会(IUGG)建议采用的地球形状的主要参数如下:
地球平均半径(R) 6371.012km±15m
赤道半径(a) 6378.140km±5m
两极半径(c) 6356.755km±5m
扁率[(a-c)/a] 1/298.257
1979年11月IUGG堪培拉会议通过,并得到国际大地测量协会认可的“大地参照系1980”给出的数值是:赤道半径为6 378 137m;极半径为6 356 752m;地球体积为1.083 2× 1021m3。
假设地球密度均一,则大地水准面应是一个扁率一定的旋转椭球体。但测量结果并非如此。人们发现地球南、北两半球并不对称:北半球高出参考椭球体10m,比较瘦长;南半球低于参考椭球体约30m,比较胖短。在中纬度,南半球突出不到10m,北半球收进7.5m。整个形状像一个夸张的梨形(图2-1)。这一结果与理想椭球体尽管偏离不大,但清楚表明地球内部物质的不均匀性。
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