Гравитация и геодезия
Гравитация и геодезия измеряют гравитационное поле Земли, ее форму и размер, используя вариации гравитации для исследования плотностной структуры под поверхностью и для определения геоида, относительно которого отсчитываются высоты и уровень моря.
Definition
Гравитация и геодезия вместе составляют изучение и измерение гравитационного поля и геометрической формы Земли, используя гравиметрию, нивелирование и космические методы для определения геоида, систем отсчета и вариаций плотности подповерхностных слоев, регистрируемых в гравитационных аномалиях.
Scope
Эта область охватывает гравитационное поле Земли и его геодезическое определение: теорию потенциальных полей и редукцию гравитационных измерений в аномалии, геоид и фигуру Земли как референц-эллипсоид плюс ундуляции, а также принцип изостазии, связывающий топографию с компенсирующей плотностной структурой. Она рассматривает спутниковую и космическую геодезию, включая точное позиционирование и специализированные гравитационные миссии, а также интерпретацию гравитационных аномалий для изучения структуры земной коры и мантии. Акцент делается на взаимосвязи между гравитационным полем, формой Земли и ее внутренним распределением плотности.
Sub-topics
Core questions
- Как гравитационные измерения редуцируются в аномалии, которые выявляют плотность подповерхностных слоев?
- Что такое геоид и как он определяет фигуру Земли?
- Как изостазия связывает поверхностную топографию с компенсирующей массой на глубине?
- Как спутниковые миссии и космическая геодезия измеряют гравитационное поле и положения?
Key concepts
- Гравитационный потенциал и гравитационные аномалии
- Поправки за свободный воздух и Буге
- Геоид и референц-эллипсоид
- Изостазия и компенсация земной коры
- Спутниковая гравиметрия и космическая геодезия
Key theories
- Изостазия
- Поверхностная топография в значительной степени компенсируется на глубине, так что столбы земной коры и мантии оказывают почти равное давление на глубине компенсации; модели Эйри и Пратта объясняют горы глубокими корнями земной коры или латеральными различиями в плотности.
- Геоид и физическая геодезия
- Геоид, эквипотенциальная поверхность гравитационного поля, аппроксимирующая средний уровень моря, определяет фигуру Земли и датум для высот; физическая геодезия связывает измеренную гравитацию с геоидом через теорию потенциала и краевые задачи.
Clinical relevance
Гравитация и геодезия обеспечивают системы отсчета и высотные системы, лежащие в основе картографирования, навигации и инженерных работ; гравитационные аномалии направляют разведку полезных ископаемых и нефти, а спутниковая гравиметрия отслеживает потерю ледникового покрова, запасы подземных вод и изменения уровня моря.
History
Ньютон предсказал сплюснутость Земли, экспедиции по измерению дуги в XVIII веке подтвердили это, Бугер и Эйри разработали гравитационные редукции и изостазию в XVIII и XIX веках, а спутниковая эра, кульминацией которой стали специализированные миссии, такие как GRACE и GOCE, преобразовала определение гравитационного поля и геоида.
Key figures
- Isaac Newton
- Pierre Bouguer
- George Biddell Airy
- Friedrich Robert Helmert
Related topics
Seminal works
- fowler2005
- hofmannwellenhof2006
- turcotte2014
Frequently asked questions
- Что такое гравитационная аномалия?
- Это разница между измеренной гравитацией в точке и ожидаемым значением для гладкой референцной Земли после стандартных поправок; положительные или отрицательные аномалии указывают на более плотный или менее плотный материал под поверхностью, что делает гравитацию инструментом для исследования подповерхностных слоев.
- Почему форма Земли описывается геоидом, а не сферой?
- Поскольку масса Земли распределена неравномерно и она вращается, ее гравитационное поле нерегулярно; геоид — это плавная, бугристая эквипотенциальная поверхность, которая следует среднему уровню моря, обеспечивая физически значимый ориентир для высот, чего не может дать простая сфера.