相信目前很多小伙伴對(duì)于地球的形狀和大小都比較感興趣，那么小洋洋今天在網(wǎng)上也是收集了一些與地球的形狀和大小相關(guān)的信息來(lái)分享給大家，希望能夠幫助到大家哦。

1、通俗說(shuō)地球形狀是兩極稍扁、赤道略鼓的橢球體.
下面是一個(gè)材料:
地球形狀研究
(figure of the Earth) 在地球物理學(xué)中是指地球整體的幾何形狀,即大地水準(zhǔn)面的形狀.對(duì)地球形狀的研究是大地測(cè)量學(xué)和固體地球物理學(xué)的一個(gè)共同課題,其目的是運(yùn)用幾何方法、重力方法和空間技術(shù),確定地球的形狀、大小、地面點(diǎn)的位置和重力場(chǎng)的精細(xì)結(jié)構(gòu).
地球的形狀主要是由地球的引力和自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力決定的.人類對(duì)地球形狀的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了很長(zhǎng)的時(shí)間.初期認(rèn)為天圓地方,以后逐漸認(rèn)識(shí)到地球是個(gè)圓球.17世紀(jì)法國(guó)人發(fā)現(xiàn)地球不是正圓而是扁的,牛頓等根據(jù)力學(xué)原理,提出地球是扁球的理論,這一理論直到1739年才為南美和北歐的弧度測(cè)量所證實(shí).其實(shí),在此之前中國(guó)為編繪《皇輿全圖》,就曾進(jìn)行了大規(guī)模的弧度測(cè)量,并發(fā)現(xiàn)緯度愈高,經(jīng)線的弧長(zhǎng)愈長(zhǎng)的事實(shí).這同地球兩極略扁,赤道隆起的理論相符.1849年英國(guó)的斯托克斯提出利用地面重力觀測(cè)確定地球形狀的理論.經(jīng)過(guò)100多年來(lái)的努力,特別是人造衛(wèi)星等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用,使地球形狀的測(cè)定越來(lái)越精確.地球非常接近于一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球,其長(zhǎng)半軸為6378136米,扁率為1∶298.257.
嚴(yán)格而言,地球形狀應(yīng)該是指地球表面的幾何形狀,但是地球自然表面極其復(fù)雜,所以從科學(xué)上,人們都把平均海水面及其延伸到大陸內(nèi)部所構(gòu)成的大地水準(zhǔn)面作為地球形狀的研究對(duì)象,因?yàn)榇蟮厮疁?zhǔn)面同地球表面形狀十分接近,又具有明顯的物理意義.但是大地水準(zhǔn)面還不是一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字曲面,無(wú)法在這樣的面上直接進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)處理.而從力學(xué)角度看,如果地球是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的均質(zhì)流體,那么其平衡形狀應(yīng)該是一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球體.于是人們進(jìn)一步設(shè)想用一個(gè)合適的旋轉(zhuǎn)橢球面來(lái)逼近大地水準(zhǔn)面.要確定這一橢球,只需知道其形狀參數(shù)（長(zhǎng)半軸a,扁率α）和物理參數(shù)（地心引力常數(shù)GM和旋轉(zhuǎn)角速度ω）即可.同大地水準(zhǔn)面最為接近的橢球面稱為平均地球橢球面.如果能確定大地水準(zhǔn)面與該橢球面之間的偏差,亦即大地水準(zhǔn)面與橢球面之間的差距（大地水準(zhǔn)面差距N）和傾斜（垂線偏差θ）,則大地水準(zhǔn)面的形狀可完全確定（圖1）.
實(shí)際測(cè)量結(jié)果表明,雖然大地水準(zhǔn)面很不規(guī)則,甚至南北兩半球也不對(duì)稱,北極略凸出,南極則偏平,夸張地說(shuō)近似一梨形.但大地水準(zhǔn)面同一個(gè)與它最相逼近的旋轉(zhuǎn)橢球相比,最大偏離N值在100米左右,θ值一般在10〃之內(nèi).因此,可分兩步確定大地水準(zhǔn)面的形狀：
①確定一個(gè)同它最逼近的旋轉(zhuǎn)橢球面,即平均地球橢球；
②確定大地水準(zhǔn)面同這個(gè)橢球的偏離.這是地球形狀學(xué)研究中的兩個(gè)主要課題.
確定地球形狀的地面測(cè)量方法 利用地面觀測(cè)來(lái)研究地球形狀的經(jīng)典方法是弧度測(cè)量,即根據(jù)地面上丈量的子午線弧長(zhǎng),推算出地球橢球的扁率.以后,人們廣泛地用建立天文大地網(wǎng)的方法確定同局部大地水準(zhǔn)面最相吻合的參考橢球.但是這些純幾何測(cè)量的方法都由于不能遍及整個(gè)地球而有很大的局限性.
大地水準(zhǔn)面是一個(gè)重力等位面,而重力又是重力等位面的法向?qū)?shù),這樣便可以通過(guò)重力位把二者聯(lián)系起來(lái).事實(shí)上,地球重力場(chǎng)的不規(guī)則分布和大地水準(zhǔn)面的起伏都同地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻有關(guān).地球形狀研究和地球重力場(chǎng)研究是同一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)側(cè)面.基于這一思想,斯托克斯提出了利用地面上的重力觀測(cè)來(lái)確定大地水準(zhǔn)面形狀的問(wèn)題（稱為斯托克斯問(wèn)題）,并證明了以下定理：一個(gè)外表面為水準(zhǔn)面的物體,若已知其外表面形狀S,包圍的質(zhì)量M,旋轉(zhuǎn)的角速度ω,即可唯一地求出該物體表面上及其外的重力位和重力值,即g=f(M,S,ω)和W=f(M,S,ω).
在大地測(cè)量中,要求解決其逆問(wèn)題,即根據(jù)在大地水準(zhǔn)面上觀測(cè)的重力來(lái)推求大地水準(zhǔn)面的形狀：
S=F(g,ω,M),
取大地水準(zhǔn)面為邊界面,解位論的第三邊值問(wèn)題,可以得出上述問(wèn)題的解.大地水準(zhǔn)面起伏可按下式計(jì)算：
式中
稱為斯托克斯函數(shù)；R為地球平均半徑；λ為平均重力；g0-λ0為大地水準(zhǔn)面上的混合重力異常（見(jiàn)重力異常）,dσ為微分球面元.
同樣,垂線偏差θ的兩個(gè)分量ξ（子午圈分量）和η（卯酉圈分量）為：
式中
稱為韋寧·邁內(nèi)茲（又譯維寧·曼尼茲）函數(shù)；α為從計(jì)算點(diǎn)至流動(dòng)面元的方位角.
這樣,只要有全球重力異常資料,就可以利用上述公式進(jìn)行數(shù)值積分,從而確定出大地水準(zhǔn)面的形狀.
但是,實(shí)際應(yīng)用斯托克斯方法求解地球形狀時(shí),有很大的困難.由于大地水準(zhǔn)面外部存在質(zhì)量,為此而必須采取的去掉或移入內(nèi)部的質(zhì)量調(diào)整辦法都會(huì)引起大地水準(zhǔn)面的變形；此外,實(shí)際觀測(cè)是在地球自然表面上進(jìn)行的,為了構(gòu)成大地水準(zhǔn)面上的邊值條件,就必須把地面觀測(cè)值歸算到大地水準(zhǔn)面上.然而只有了解地面和大地水準(zhǔn)面間的物質(zhì)密度分布,才能進(jìn)行調(diào)整和歸算,但這正是我們至今還不能精確知道的.為此,蘇聯(lián)學(xué)者莫洛堅(jiān)斯基提出一種新的理論,他避開(kāi)了大地水準(zhǔn)面的概念和地殼密度分布問(wèn)題,而是直接取一個(gè)非常接近于地球表面的似地球表面（即地形表面）為邊界面,用地面上的大地測(cè)量和重力測(cè)量數(shù)據(jù)直接確定出地球表面的真實(shí)形狀：
S=f(gs,Ws,ω)
式中g(shù)s和Ws分別為地球表面上的重力和重力位,重力位可根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量、重力測(cè)量和天文大地測(cè)量的結(jié)果求得.
莫洛堅(jiān)斯基理論的基本思想是把邊界條件建立在似地球表面（地形表面）上（圖2）.地形表面上的一點(diǎn)（設(shè)為
Q）同地球表面上的一點(diǎn)（設(shè)為P）是一一對(duì)應(yīng)的.而且通過(guò)以下條件唯一地被確定；Q點(diǎn)的大地經(jīng)度、緯度應(yīng)等于P點(diǎn)的天文經(jīng)度和緯度；地球橢球在Q點(diǎn)的正常位應(yīng)等于實(shí)際地球在P點(diǎn)的重力位.前者確定了Q點(diǎn)的平面位置,后者確定了垂直位置.顯然,Q點(diǎn)相對(duì)于橢球的高度就定義為P點(diǎn)的正常高,而差距ζ=PQ為高程異常.與這樣建立的邊界條件相聯(lián)系的是實(shí)際觀測(cè)的地球表面重力值,它不涉及任何重力歸算問(wèn)題.這樣解出的是地球表面點(diǎn)的高程異常,即地球自然表面到地形表面的差距.地形表面到平均地球橢球的差距（正常高Hr）已由水準(zhǔn)測(cè)量得出,地球表面形狀則完全確定.
為了和大地水準(zhǔn)面的概念相聯(lián)系,莫洛堅(jiān)斯基還定義出一個(gè)與平均地球橢球相距為ζ的曲面,稱之為似大地水準(zhǔn)面.大地水準(zhǔn)面與似大地水準(zhǔn)面是十分接近的,在海洋上完全重合,在陸地稍差一些.由于似大地水準(zhǔn)面不是水準(zhǔn)面,因此它是沒(méi)有物理意義的.顯然,在不知道地球內(nèi)部密度分布的情況下,僅依據(jù)地表面的測(cè)量資料,人們只能確定出似大地水準(zhǔn)面（以及地球自然表面）,而不是大地水準(zhǔn)面的精確形狀.
在研究地球表面形狀的現(xiàn)代理論中,繼莫洛堅(jiān)斯基之后,瑞典的布耶哈默爾(A.Bjerhammer)提出了等效地球的概念和解法.等效地球是包圍在實(shí)際地球表面之內(nèi)的圓球,它具有同地球一樣的角速度,繞共同的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn),并假定球內(nèi)有某種物質(zhì)分布,以致它在地表上和地表外所產(chǎn)生的引力位同實(shí)際地球的引力位完全相同.根據(jù)位論第三邊值問(wèn)題的唯一性,要滿足上述條件,等效球面上的虛似重力異常同真實(shí)地球表面上的重力異常之間應(yīng)滿足泊松積分關(guān)系式.只要按地表面重力異常解泊松積分方程,求出等效面上的虛似重力異常,就可以由斯托克斯公式嚴(yán)密地求出地球表面上的高程異常和垂線偏差,同樣無(wú)須知道地殼密度.
確定地球形狀的近代空間技術(shù) 用地面測(cè)量資料研究地球形狀,需要全球均勻分布的測(cè)量資料,這是很難實(shí)現(xiàn)的.近代空間技術(shù)的發(fā)展為研究地球形狀提供了新手段.
利用空間技術(shù)來(lái)研究地球形狀的方法分為兩大類,第一類是幾何方法.例如用干涉測(cè)量、激光測(cè)距和多普勒測(cè)量等方法,被觀測(cè)的對(duì)象如射電源、月球或衛(wèi)星等.它們?cè)谔烨驊T性參考系中的位置是能較準(zhǔn)確地知道的,而天球慣性參考系和以地球質(zhì)心為原點(diǎn)的地球參考系,可把歲差、章動(dòng)和地球自轉(zhuǎn)參數(shù)聯(lián)系起來(lái),從而得到地面點(diǎn)在地球參考系的位置.如果在地面所有點(diǎn)上都進(jìn)行了這類測(cè)量,就可描繪出地球表面的真實(shí)形狀.至于衛(wèi)星測(cè)高方法,則是更直接的測(cè)定海洋面上大地水準(zhǔn)面形狀的方法.測(cè)高儀得出的是衛(wèi)星到瞬時(shí)海洋面的距離,經(jīng)過(guò)海潮、海流、風(fēng)、氣壓和海水鹽度等改正后,可歸算為衛(wèi)星至大地水準(zhǔn)面的距離,再根據(jù)衛(wèi)星的精密軌道參數(shù),就可求得大地水準(zhǔn)面差距N.第二類是動(dòng)力方法.因?yàn)榈厍蛐螤罴捌湟?chǎng)的不規(guī)則,必然造成衛(wèi)星軌道偏離其正常的橢圓軌道,亦即使衛(wèi)星軌道產(chǎn)生攝動(dòng).觀測(cè)衛(wèi)星攝動(dòng)可以得出地球形狀及其引力場(chǎng)的有用信息.然而要獲得較高的精度,則必須有全球分布的衛(wèi)星觀測(cè)站,并且對(duì)具有不同軌道傾角的衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè).
數(shù)字結(jié)果 為了描述地球的幾何和物理特征,通常引進(jìn)含有4個(gè)參數(shù)的平均地球橢球.這4個(gè)參數(shù)是赤道半徑a,引力位二階帶諧系數(shù)J2,地心引力常數(shù)GM,以及地球自轉(zhuǎn)的角速度ω.此處J2定義為：
式中C、A分別為繞旋轉(zhuǎn)軸和赤道軸的主轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.因此,J2是衡量地球動(dòng)力扁率的物理量,它同地球的幾何扁率有確定的關(guān)系.
平均地球橢球參數(shù)
表中列出不同年代測(cè)得的4個(gè)參數(shù)值,基本參數(shù)的選擇反映了大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r.起初由幾何量表示扁率,現(xiàn)在可以從衛(wèi)星軌道的攝動(dòng)所確定的J2中推得.根據(jù)開(kāi)普勒第三定律和對(duì)月球、星際間飛行器或深空探測(cè)器的觀測(cè)求得GM,而根據(jù)多普勒效應(yīng)、激光測(cè)距和測(cè)高技術(shù)可求得α值.所以現(xiàn)在基本參數(shù)的確定均依賴于空間技術(shù).
為了表征大地水準(zhǔn)面形狀,已推導(dǎo)出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,到目前為止通常采用球諧函數(shù)的表示方法.
確定大地水準(zhǔn)面形狀,最好的方法是綜合利用空間和地面的資料.空間技術(shù)中應(yīng)包括衛(wèi)星跟蹤技術(shù),測(cè)高儀測(cè)量,衛(wèi)星-衛(wèi)星跟蹤技術(shù),衛(wèi)星激光測(cè)距；地面測(cè)量技術(shù)有重力測(cè)量、天文大地測(cè)量.目前的許多模型中以美國(guó)戈達(dá)德空間飛行中心的GEM模型為最佳.
近年來(lái)發(fā)射的吉奧斯-3和海洋衛(wèi)星上裝有雷達(dá)測(cè)高儀,這使得大地水準(zhǔn)面模型大為改善.其中吉奧斯-3精度為0.5~0.8米,而海洋衛(wèi)星達(dá)到10厘米級(jí).目前依據(jù)這些資料求得的海洋大地水準(zhǔn)面比GEM系統(tǒng)求得的大地水準(zhǔn)面提高了一個(gè)數(shù)量級(jí).
上圖為從地球模型GEM-10求得的大地水準(zhǔn)面差距圖.從圖中可以看出：①大地水準(zhǔn)面是一個(gè)復(fù)雜不規(guī)則的曲面；②大地水準(zhǔn)面同平均地球橢球面的差距在-105~+73米之間,如果在10-5的精度以內(nèi),可以把大地水準(zhǔn)面視為橢球面；③大地水準(zhǔn)面最大的凹陷是在印度半島南端附近,大地水準(zhǔn)面差距具有最大負(fù)值-105米,大地水準(zhǔn)面位于地球橢球面之下,在新幾內(nèi)亞島附近具有最大正值+73米.
對(duì)大地水準(zhǔn)面起伏的分析表明,其大尺度形態(tài)同地殼表面的地形起伏之間沒(méi)有明確的相關(guān)性,但是同構(gòu)造形態(tài)有某種對(duì)應(yīng)關(guān)系,即大地水準(zhǔn)面至少能部分地反映出深部地幔的運(yùn)動(dòng).。

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