الجيود وشكل الأرض
يُقرب شكل الأرض بمجسم إهليلجي دوراني، لكن السطح المتساوي الجهد الحقيقي لمتوسط مستوى سطح البحر، وهو الجيود، يتموج فوقه وتحته استجابةً للتوزيع غير المتكافئ لكتلة الكوكب.
Definition
شكل الأرض هو هيئتها الكلية، والتي تُنمذج تقليديًا كأفضل مجسم إهليلجي دوراني ملائم، بينما الجيود هو السطح المتساوي الجهد لحقل الجاذبية الذي يتطابق مع متوسط مستوى سطح البحر غير المضطرب ويعمل كمرجع فيزيائي للارتفاعات.
Scope
يغطي هذا الموضوع الوصف الهندسي والفيزيائي لشكل الأرض: الإهليلج المرجعي الذي يجسد التسطح الدوراني، والجيود كسطح متساوي الجهد يحدد متوسط مستوى سطح البحر، وتموجات الجيود المقاسة بالنسبة للإهليلج. ويتناول الجاذبية العادية وصيغة الجاذبية، والعلاقة بين ارتفاع الجيود والجهد المزعج من خلال نظرية ستوكس، والتمييز بين الارتفاعات الإهليلجية والأورثومترية والمرجعية للجيود. وينصب التركيز على تعريف وحساب شكل الأرض ومرجع ارتفاعها.
Core questions
- لماذا يُنمذج شكل الأرض كإهليلج دوراني مفلطح؟
- ما هو الجيود، وكيف يرتبط بمتوسط مستوى سطح البحر؟
- كيف تُحسب تموجات الجيود من قياسات الجاذبية؟
- كيف تختلف الارتفاعات الإهليلجية والأورثومترية والجيودية؟
Key concepts
- الإهليلج المرجعي والتسطح
- الجيود كسطح متساوي الجهد
- تموج الجيود وشذوذ الارتفاع
- الجاذبية العادية وصيغة الجاذبية
- نظرية ستوكس والجهد المزعج
Key theories
- الإهليلج المرجعي لشكل الأرض
- يؤدي دوران الأرض إلى تسطيحها لتصبح كروية مفلطحة، ويوفر إهليلج مرجعي أفضل ملاءمة بحجم وتسطح محددين الأساس الهندسي الذي يُعبر عنه الجيود والمواقع.
- تحديد ستوكس للجيود
- تربط نظرية ستوكس تموج الجيود بتكامل سطحي لشذوذات الجاذبية على كامل الأرض، مما يوفر الوسائل الكلاسيكية لحساب شكل الجيود من البيانات الجاذبية.
Mechanisms
نظرًا لأن الجيود يتبع أسطح الجهد الجاذبي الثابت، فإن الزيادات الكتلية تسحبه إلى الأعلى والنقص في الكتلة يسمح له بالانخفاض، لذا فإن تموجاته بالنسبة للإهليلج المرجعي الأملس تعكس بنية الكثافة واسعة النطاق للأرض؛ وتختلف الارتفاعات المقاسة من الجيود (الأورثومترية) عن الارتفاعات الإهليلجية الهندسية البحتة بمقدار تموج الجيود، والذي يجب نمذجته للتحويل بينهما.
Clinical relevance
يعد الجيود الدقيق ضروريًا لتحويل الارتفاعات الإهليلجية المستمدة من الأقمار الصناعية إلى ارتفاعات ذات معنى فيزيائي تُستخدم في المسح الهيدرولوجي والهندسة، ولتوحيد أنظمة الارتفاع الوطنية ومراقبة مستوى سطح البحر.
History
جادل نيوتن بأن الأرض الدوارة يجب أن تنتفخ عند خط الاستواء، وأكدت البعثات الجيوديسية في القرن الثامن عشر إلى لابلاند وبيرو التسطح، وقدم ستوكس التكامل الذي يربط الجاذبية بشكل الجيود في عام 1849، وتحل الآن قياسات الجاذبية بالأقمار الصناعية الحديثة الجيود العالمي بدقة سنتيمترية.
Key figures
- Isaac Newton
- George Gabriel Stokes
- Friedrich Robert Helmert
Related topics
Seminal works
- hofmannwellenhof2006
- torge2012
- fowler2005
Frequently asked questions
- ما الفرق بين الجيود والإهليلج؟
- الإهليلج هو سطح رياضي أملس يقرب شكل الأرض المفلطح، بينما الجيود هو السطح الفعلي المتساوي الجهد المتعرج للجاذبية الذي يتطابق مع متوسط مستوى سطح البحر؛ يرتفع الجيود وينخفض بالنسبة للإهليلج بعشرات الأمتار بسبب الكتلة غير المتساوية داخل الأرض.
- لماذا تحتاج أنظمة تحديد المواقع العالمية (GPS) إلى نموذج جيود لإعطاء الارتفاعات؟
- تنتج أنظمة تحديد المواقع بالأقمار الصناعية ارتفاعات فوق الإهليلج المرجعي، وهي ارتفاعات هندسية وليست الارتفاعات التي يستخدمها الناس؛ ويؤدي طرح تموج الجيود إلى تحويلها إلى ارتفاعات فوق متوسط مستوى سطح البحر تتوافق مع كيفية تدفق المياه وكيفية الإشارة إلى المسوحات.