Географические координаты. Точка в которой ось земли пересекает поверхность земного шара Точка где ось пересекает поверхность планеты

Большая полуось а = 6 378 245 м.

Малая полуось b = 6 356 863,019 м.

Радиус шара одинакового объема с эллипсоидом Красовского R = 6 371 110 м.

Радиус шара одинаковой поверхности с эллипсоидом Красовского R = 6 371 116 м.

Радиус шара одинаковой окружности большого круга с длиной меридиана эллипсоида Красовского R = 6 367 559 м.

Радиус шара, одна минута дуги большого круга которого равна морской миле(1852 м)R = 6 366 707 м.

При решении задач, не требующих высокой точности, сжатием Земли пренебрегают, т.е. принимают Землю за шар .

Радиус шара выбирают исходя из определенных условий. Например, при измерении расстояний на море, радиус шараR = 6366 км 707 м (L Э = 39 983 км).

R СР = 6371,1 км (L Э = 40 010,5 км).

2. Основные точки, линии и плоскости Земли

Рис. 2.1. Основные точки, линии и плоскости Земли

Земная ось (рис. 2.1) – воображаемая прямая, вокруг которой Земля совершает свое суточное вращение (≈ 0,5 км/с = 0,464 км/с).

Эта ось (P N P S ) совпадает с малой осью земного эллипсоида и пересекает поверхность эллипсоида в двух точках, называемыхгеографическими полюсами Земли: –северный – P N , – южный – P S .

Северным географическим полюсом (P N ) принято считать тот, со стороны которого собственное вращение Земли усматривается против часовой стрелки.

Южный географический полюс (P S ) – полюс, противоположный северному.

Плоскость экватора – плоскость, перпендикулярная земной оси и проходящая через центр шара (эллипсоида).

Земной экватор – линия (окружность), образующаяся от пересечения поверхности эллипсоида плоскостью экватора.

Земной экватор (линия ЕАQБ ) делит земной шар на два полушария:

северное полушарие (с P N );

южное полушарие (с P S ).

Плоскости параллелей – плоскости, параллельные плоскости экватора.

Параллели – малые круги, образующиеся на поверхности земного эллипсоида при пересечении его плоскостями параллелей.

Нормаль (отвесная линия) – прямая, совпадающая с направлением силы тяжести в данной точке. Для т.С – нормалью является прямая линияСОС′ , проходящая через центр Земли.

Плоскости истинных меридианов – плоскости, проходящие через ось Земли (P N P S ).

Меридиан, проходящий через место наблюдателя, принято называть истинным (географическим) меридианом наблюдателя

3. Основные линии и плоскости наблюдателя

Рис. 2.2. Основные линии и плоскости наблюдателя

Наблюдаемая человеком поверхность Земли воспринимается как плоская, поэтому для ориентирования на небольшом участке поверхности Земли пользуются определенными воображаемыми линиями и плоскостями. С помощью этих линий и плоскостей решаются многие навигационные задачи.

Для ориентирования в любой точке поверхности Земли используются следующие линии и плоскости, связанные с местом наблюдателя.

Вертикальная (отвесная) линия – прямаяZn , совпадающая с направлением силы тяжести в месте наблюдателя.

Зенит наблюдателя – точкаZ пересечения вертикальной линии с воображаемой небесной сферой над головой наблюдателя.

Надир наблюдателя – точкаn пересечения вертикальной линии с воображаемой небесной сферой под наблюдателем.

Горизонтальная плоскость – любая плоскость, перпендикулярная отвесной линии.

Плоскость истинного горизонта наблюдателя – горизонтальная плоскостьHH ’ , проходящая через глаз наблюдателя.

Вертикальная плоскость (плоскость вертикала) – любая плоскость, проходящая через отвесную линию.

Плоскость истинного меридиана наблюдателя – вертикальная плоскостьMM ’ , проходящая через полюсы Земли и место наблюдателя.

Истинные (географические) меридианы – линии (окружности), образующиеся на поверхности эллипсоида при пересечении его плоскостями истинных меридианов.

Меридиан наблюдателя – большой кругР N A Р S , образованный сечением поверхности Земли плоскостью истинного меридиана наблюдателя.

Линия истинного меридиана наблюдателя (полуденная линия) – линияNS пересечения плоскости истинного меридиана наблюдателя с плоскостью истинного горизонта наблюдателя.

Начальный (нулевой, Гринвичский) меридиан .

По Международному Соглашению с 1884 г. за начальный (нулевой) меридиан принят меридиан Гринвича – меридиан, проходивший через ось главного телескопа прежней Гринвичской обсерватории (существовала 278 лет 1675÷1953 гг.) в предместье г. Лондона (Англия).

С 1953 г. новая Гринвичская обсерватория размещена в замке Херстмонсо (юг Англии в 15 км от побережья пролива Ла-Манш к востоку от нулевого меридиана на 20′25″).

Нулевой (Гринвичский) меридиан делит земной шар на восточное и западное полушария.

Главные направления.

Пересечение плоскости истинного меридиана наблюдателя и плоскости первого вертикала с плоскостью истинного горизонта образует в плоскости истинного горизонта две взаимно перпендикулярные линии N–SиE–W. ЛинияN–Sявляется полуденной линией. Она фиксирует направление на северный и южный географические полюсы. ЛинияE–Wопределяет направление восток – запад. Четыре взаимно перпендикулярных направления в плоскости истинного горизонта:N(норд),S(зюйд),E(ост - ист),W(вест) образуют главные направления. Относительно этих направлений и осуществляется ориентирование на поверхности Земли.

Такая система линий и плоскостей называется горизонтной системой координат.

Географические координаты - числа, с помощью которых указывают положение произвольной точки на поверхности или вблизи поверхности Земли. Эти числа называют долготой и широтой.

Система географических координат определяется по отношению к некоторым основным точкам и линиям на поверхности земного шара. Две из таких точек - полюса Земли. Географическими полюсами Земли называются точки, в которых ось вращения Земли пересекает поверхность земного шара. Тот из двух полюсов, при наблюдении с которого вращение Земли происходит против часовой стрелки, называется Северным. Противоположный полюс называется Южным.

Плоскость, проходящая через центр Земли перпендикулярно оси вращения, называется плоскостью экватора Земли. Окружность, по которой эта плоскость пересекает поверхность Земли, называется экватором. Экватор делит земной шар на два равных полушария: Северное и Южное.

Плоскость, проходящая через произвольную точку М земной поверхности и ось вращения Земли, пересекает земную поверхность по линии, называемой меридианом точки М. Меридианы в совокупности образуют систему воображаемых линий, соединяющих Северный и Южный географические полюсы. Положение каждого меридиана определено по отношению к тому или иному меридиану, принятому за начальный. Начальный меридиан и экватор - вот основные линии, с помощью которых задается система географических координат.

В разное время в качестве начального принимались разные меридианы. С 1634 г. он проводился через остров Ферро. Этот крохотный островок считается самым западным пунктом Старого Света, и таким образом начальный меридиан символически разделил на два полушария страны Старого и Нового Света.

С 1884 г. по решению Международной меридианной конференции начальным условились считать тот меридиан, который проходит через одну из старейших в мире астрономических обсерваторий - Гринвичскую обсерваторию, в то время располагавшуюся на окраине Лондона.

Двугранный угол между плоскостями начального меридиана и меридиана заданной точки на земной поверхности представляет собой одну из географических координат - долготу. Географическая долгота может отсчитываться или к востоку (восточная долгота), или к западу (западная долгота) от начального меридиана.

Чтобы отличить друг от друга точки, лежащие на одном меридиане, вводят вторую географическую координату - широту. Широтой называют угол, который образует проведенная в данном месте поверхности Земли отвесная линия с плоскостью экватора.

Для точек в Северном полушарии Земли широты считаются положительными, или северными; для точек в Южном полушарии - отрицательными, или южными.

Широты могут иметь значения от -90° до +90° (или от 90° южной широты до 90° северной широты).Термины «долгота» и «широта» дошли до нас от древних мореходов, давших описание длины и ширины Средиземного моря. Та координата, которая соответствовала измерениям длины Средиземного моря, стала долготой, а та, которая соответствовала ширине, стала современной широтой.

Определение широты, как и определение направления меридиана, тесно связано с наблюдением звезд. Уже астрономы древности доказали, что высота полюса мира над горизонтом равна географической широте места.

Линия на поверхности Земли, соединяющая точки с одинаковыми широтами, получила название параллели. Плоскость любой параллели параллельна плоскости земного экватора. Среди параллелей особое место занимают тропики и полярные круги.

Солнце в течение года совершает обход небесной сферы, двигаясь по эклиптике, наклоненной к небесному экватору (см. Небесная сфера) под углом 23,5°. В день весеннего равноденствия оно находится в точке пересечения эклиптики с небесным экватором и поэтому в полдень наблюдается в зените на земном экваторе.

День ото дня Солнце смещается по эклиптике в северное полушарие неба, его склонение (см. Небесные координаты) возрастает, и в последующие дни в полдень оно проходит над головой уже не на экваторе Земли, а на широте, численно равной склонению Солнца. Так продолжается до дня летнего солнцестояния, когда склонение Солнца достигает максимального значения +23,5°. В этот день оно единственный раз в году проходит в полдень через зенит на северной параллели +23,5°. Эту параллель называют Северным тропиком, или тропиком Рака (по названию зодиакального созвездия, в котором в древности находилась точка летнего солнцестояния). В день летнего солнцестояния зона полярного дня вокруг Северного полюса Земли распространяется до параллели +66,5°, которую называют Северным полярным кругом (см. Долгота дня).

Через полгода, в день зимнего солнцестояния, Солнце, склонение которого принимает значение -23,5°, единственный раз в году проходит над головой на широте Южного тропика, или тропика Козерога, т. е. на параллели с широтой -23,5°. Южная параллель с широтой -66,5° называется Южным полярным кругом.

Астрономическое определение одной из географических координат - широты - выполняется сравнительно просто. Для этого, как указывалось выше, достаточно определить высоту полюса над горизонтом. Астрономы древности это умели делать уже в III в. до н. э. Измерение же долготы сопряжено с гораздо большими трудностями. Только из одних астрономических наблюдений, без привлечения дополнительных сведений долготу не умели определять ни в древности, ни в средние века. С этим связано, в частности, великое заблуждение Христофора Колумба, который из-за ошибок в определении долготы, открыв Багамские острова, полагал, что он плавает вблизи оконечности Азии.

Географическая долгота получается как раз1 ность местного времени (см. Измерение времени) данного пункта и местного времени исходного, принятого за нулевой меридиана.

Прежде для определения долготы вели наблюдения явлений, которые происходят практически одновременно на обширных территориях земной поверхности, например солнечных и лунных затмений либо же затмений спутников Юпитера.

Выполнялось это так. Астрономы, работавшие на нулевом меридиане, пользуясь результатами многолетних наблюдений, предвычисляли те моменты, в которые нужное явление происходит по местному времени нулевого меридиана. Эти предвычисления публиковались в специальных таблицах. В дальнейшем астроном-мореплаватель или астроном-путешественник из своих измерений устанавливал тот момент местного времени, когда ожидаемое явление произошло в пункте наблюдений. Результат сравнивался с данными таблицы. Поскольку выбранное для наблюдений явление должно было происходить одновременно для всех частей Земли, то разность местного времени в походном пункте наблюдений и местного времени, указанного в таблице для нулевого меридиана, соответствовала разности долгот. Гораздо более удобный способ - «транспортировка времени». Этот способ заключается в следующем. Часы, поставленные по местному времени нулевого меридиана, перевозят в заданную точку Земли, и там их показания сравнивают с местным временем. Но для применения способа «транспортировки времени» на практике нужны очень надежные часы, способные хранить время нулевого меридиана в условиях длительного путешествия. Ведь ошибка часов всего в 1 мин при определении долготы вблизи экватора приводит к неточности определения местоположения на поверхности Земли почти в 30 км. Надежные механические часы-хронометры появились только во второй половине XVIII в. в Англии.

С изобретением телеграфа время нулевого меридиана стало передаваться в пункты наблюдений по электрическим проводам. А впоследствии телеграф заменило радио. Проблема определения географических долгот в наше время перестала существовать.

Описанные выше географические координаты называются астрономическими. Астрономические координаты неудобны для построения точных топографических карт, так как отвесные линии, с которыми связаны измерения широт, изменяются при переходе от одной точки земной поверхности к другой неправильно. На направление отвесных линий большое влияние оказывают гравитационные аномалии (см. Гравиметрия), связанные с особенностями рельефа местности и другими причинами.

Для решения задач геодезии более удобны геодезические координаты. В геодезической системе координат линией отвеса служит перпендикуляр к земному эллипсоиду. Таким образом, геодезическая широта равна углу между направлением перпендикуляра к земному эллипсоиду, проведенному через заданную точку, и плоскостью экватора эллипсоида. Она лишь незначительно отличается от астрономической широты.

Вместо отвесной линии можно воспользоваться радиусом-вектором данной точки поверхности Земли, проведенным из ее центра. Система географических координат, полуценная таким образом, называется геоцентрической.

На рисунке (с. 65) показано сечение Земли по меридиану и различие географических широт - астрономической, геодезической и геоцентрической.

По аналогии с системой географических координат на Земле подобные же системы вводятся на поверхностях других планет и их спутников.

Две географические координаты - широта и долгота - определяют положение точки на правильной геометрической фигуре - сфере или на земном эллипсоиде. Для точек реальной физической поверхности Земли вводят третью координату. Чаще всего для этой цели используется высота над геоидом, так называемая высота над уровнем моря.

Измерение высоты пунктов земной поверхности над уровнем моря является не астрономической, а геодезической задачей. Начало счета высот обычно задают результаты многолетних осредненных наблюдений за уровнем воды в морях при помощи специальных водомеров - футштоков. Система высот на территории СССР базируется на среднем уровне вод Балтийского моря и берет начало от нуля Кронштадтского футштока.

Земная ось пересекает поверхность планеты в точках географических полюсов.

Географические полюса

Как известно, полюсов Земли два: Северный (находится в акватории Ледовитого океана в центральной части Арктики) и Южный (находится на континенте Антарктика). Эти места не принадлежат ни одному государству.

Южный полюс является самой южной точкой планеты, а Северный, соответственно, - самой северной. Человек, стоящий точно на полюсе (например, на Южном), любой шаг делает в сторону севера.

Участки, окружающие полюса, являются самыми холодными на планете и называются Заполярьем. Также здесь есть два сезона года: полярная ночь и полярный день. Это связано с тем, что освещенность здесь отличается от остальной части планеты из-за отклонения земной оси от плоскости орбиты примерно на 20°.

Покорение полюсов

Покорение полюсов проходило очень медленно и произошло только в начале двадцатого века. Северный полюс покорить люди пробовали еще с семнадцатого-восемнадцатого века, поскольку все континенты вокруг были давно заселены и плавания в южных частях Ледовитого океана происходили в течение веков. Однако за короткое Арктическое лето по морю доплыть туда не удавалось, а ледоколов тогда еще не существовало.

В связи с этим Северный полюс был освоен только в 1909 году. Успех экспедиции первооткрывателя Роберта Пири был гарантирован, во многом, тем, что исходной точкой был выбран северный берег Гренландии, расположенной ближе всех к полюсу. Другие же исследователи пытались достигнуть Арктики из Европы, и у них просто не хватало припасов, чтобы завершить поход.

Среди прочих известных путешественников, пытавшихся достигнуть Северного полюса, были:

• Ф. Нансен.
• У. Парри.
• Ф. Кук.
• Ч. Холл.

Исследования же Антарктики начались гораздо позже, т.к. сам континент был открыт только в первой половине девятнадцатого века. Его достигла русская экспедиция Беллинсгаузена. Лишь через несколько десятилетий после этого люди впервые вступили на землю Антарктики. В 1911 году сразу несколько первопроходцев отправились к полюсу, и в итогепобеда осталась за норвежцем Р. Амундсена.

Земля имеет шарообразную форму, точнее, она немного сплюснута по краям у точек, которые являются её полюсами. Но это не особо заметно в масштабах планеты, потому принимается, что Земля - это шар, а ее поверхность принимают за сферическую.

Разметка Земли меридианами и параллелями дала возможность точного определения координат любого объекта, который движется (самолёт, грозовые тучи), или который занимает определённое место на планете (город, остров). Это дало довольно много преимуществ для любых объектов, движущихся в пространстве. Ранее люди ориентировались по звездам, по положению солнца на небосводе. Это было не так точно, как с помощью современных технологий, хотя, если вдруг вы окажетесь на необитаемом острове без средств, таких привычных в нашей жизни, - смартфонов, планшета, ноутбуков, соответственно, без выхода в интернет, без навигатора и прочего, то было бы не лишним знать те самые «неудобные» методы вычисления координат.

Можно использовать систему навигации, в которую будут введены нужные координаты, и автопилотные устройства будут способны сами перемещаться, куда необходимо, без человека. Но обо всем по порядку. Рассмотрим основные точки и окружности на земном шаре.

Немного исторических сведений

Вопросы о координатах заботили умы людей давно, еще до нашей эры. Выдающимися учеными на стезе разработки координатной системы были Гиппарх и Птолемей. Эти люди жили во втором-первом веках до нашей эры, но, тем не менее, уже с разделительной точностью могли определить Это были великие люди своей эпохи, мощные географы и астрономы. Именно они ввели понятие, которое сейчас мы именуем системой координат, и из их работ уже становится ясно, что такое В то время эти люди не знали, что Земля вращается вокруг Солнца. Гиппархом было предложено, что поверхность нашей планеты можно считать идеальной сферой, и на ее примере он объяснял различные основы, касающиеся сферической геометрии.

Глобус - самая точная модель Земли

Именно с помощью глобуса можно легко определить координаты любой страны, острова или другого объекта. С его же помощью проще всего показывается, что собой представляют меридианы и параллели, полюсы географические, другие точки и линии Земли.

Кстати, первый глобус был создан давным-давно, ещё до нашей эры, и сделал это некий Кратет Малльский в 150 году до нашей эры, в то же время, когда жили Гиппарх и Птолемей. Конечно, глобус не может продемонстрировать все мелкие детали, но в общем позволяет прекрасно описывать общую картину того, каковой является наша планета, и прекрасно демонстрирует, например, какие точки земли называют географическими полюсами,

На глобусе легко рассмотреть, где находится какая-либо страна, море, океан, расположение материков или даже их рельеф. Смотря что будет изображено создателем того или иного глобуса. Он может быть сугубо политическим, только лишь с разделом материков на страны и с указанием крупных объектов типа океанов. Скорее всего, что это будет маленький декоративный глобус. Учебные экземпляры содержат в себе намного больше информации про географические полюса и географическое положение любой части мира.

В общем, различают три параметра, по которым характеризуют Землю в географическо-координатном плане. Потому рассмотрим основные точки, линии и плоскости на поверхности Земли.

Что такое ось Земли

Есть ли принять Землю за шар, то становится ясно, что у него есть такая линия, которая и в стереометрической фигуре служит творительной. О чем именно речь? Это линия, которая является диаметром, вращаясь вокруг которой, полуокружность создает целую сферу. Какой диаметр в сопоставлении с Землей называется осью. Это мнимая линия, которой нет на самом деле, но вокруг нее происходит суточное вращение, и принято считать, что она проходит через Северный и Южный полюса.

Полюса планеты Земля

Какие точки земли называют географическими полюсами? Именно ими являются всем известные холодные безлюдные северный и южный полюсы. В стереометрии то, что называется "географический полюс", - точка, в которой ось вращения земли (диагональ сферического тела) пересекается со сферой. Последней в данном случае является

Через два этих полюса проходят все меридианы, о которых будем говорить ниже.

Что такое параллели

Продолжим рассматривать Землю как сферу и определим, чем в этом случае являются параллели. Если предположить, что у планеты, как и у шара, есть центр, то ось Земли будет проходить через нее и делиться на две равные части, как диаметр на радиусы.

Если провести некую плоскость, которая будет проходить перпендикулярно до оси, то она пересечёт сферу по некой окружности, то есть Землю по линии, которая называется параллелью. Параллель, имеющая наибольший диаметр, проходит через центр шара Земли, которая является большой окружностью и называется экватором. Он делит сферу на две равные полусферы. Все аналогичные окружности, которые созданы плоскостями, перпендикулярными к оси, тоже называются параллелями, но являются малыми окружностями по сравнению с экватором. А линии, проходящие через полюсы географические, будут называться меридианами. Кстати, именно благодаря экватору наша Земля разделена на две части - северную и южную. Соответственно, имеются географические полюса планеты Земля, которые названы в зависимости от того, в какой части мира они находятся.

Меридиан

Если провести большую плоскость через саму ось и через полюсы, мы получаем в результате окружность, которая называется "полный меридиан". Все меридианы одинаковы по длине, так как проходят через прямую и две точки на ней в разных плоскостях. Меняется лишь их местоположение.

Система меридианов и параллелей, которые изображены на карте и на глобусе, является градусной сетью.

Она является двухмерной, так как задается лишь двумя координатами - координатой параллели и координатой широты. То есть что такое географические координаты? Это два числа, показатели широты и долготы. Такие числа имеют размерность в градусах и минутах.

В начале статьи говорилось, что Земля - не совсем сфера, что она немного сплюснута. В чем это выражается? Длина экватора составляет 40075,7 километра, когда длина меридиана - 40008,5 километра. Полюса немного приближены к экватору, хоть в масштабах планеты это и не очень заметно.

Плоскости земного сфероида

Именно те воображаемые плоскости, которые проходят параллельно или перпендикулярно к земной оси, являются основными. Площадь плоскости, которая проходит через меридиан, называется, соответственно, плоскостью земного меридиана. Самый выделяющийся из них - это Гринвичский меридиан. Он разделяет землю на восточное и Основная плоскость, которая проходит через экватор и делит землю на две части, - Северное и Южное полушария.

Начальные линии отсчета

Все координаты вычисляются при помощи обычной стереометрии. Выбраны точки отсчета, точнее, меридиан отсчета и параллель отсчета, от которых идет вычисление координат любого места на Земле. Нулевым меридианом был выбран тот, который проходит через Лондон, а именно через Гринвичскую обсерваторию. В качестве линии, что считается началом отсчета географической широты, принято брать самый длинный меридиан - экватор.

Интересный факт насчёт Гринвичского меридиана. Существует система присвоения точке неких координат, и называется она World Geodetic System-84, или сокращенно WGS-84, (84 - год принятия системы), которой пользуется весь мир, и в которой нулевым меридианом является ERS Reference Meridian, проходящий недалеко от Гринвича, всего в 5,31 угловой минуты на восток.

Какие линии Земли дают ширину и долготу

Дети в школе часто путают эти понятия - меридианы и параллели, что из них является шириной, а что долготой. Так вот, экватор - это начало отсчета географической широты, тогда когда Гринвичский меридиан является начальной линией для расчета долготы.

Географическая широта может иметь значения от 0 до 90 градусов. В зависимости от того, в какой стороне от экватора расположена точка, ей присваивается значение северной широты либо южной. Так, допустим, Нью-Йорк имеет широту в 40 градусов 43 минуты северной широты, а Сидней имеет 33 градуса 52 минуты южной широты. Записывается это следующим образом: 40 о 43’, 33 о 52’.

Аналогично с географической долготой. Она также может быть вычислена при помощи градусов и минут, только что долгота имеет диапазон значений от 0 до 180 градусов. Она может быть западной, если будет идти на запад от нулевого меридиана, и восточной (аналогично - на восток от нулевого меридиана).

Как ранее было указано, нулевой меридиан проходит через Гринвич и имеет значение 0 градусов. А какие точки Земли называют географическими полюсами планеты и каковы их координаты? Это те точки, которые имеют значения девяносто градусов по широте и ноль градусов по долготе.

Подведем итоги

На планете Земля, как и на сфере, есть основные точки, линии и плоскости. Какие точки земли называют географическими полюсами, мы уже разобрались. Это точки, через которые проходит ось суточного Если плоскость проходит через эту ось и пересекает географические полюсы, то она образует пересечения сферы Земли, которые называются меридианами.

Существует проходящий в Лондоне, и несколько остальных, которые имеют размерность до 180 градусов (их может быть минимум 180). Если некоторая плоскость проходит через ось вращения Земли, а именно перпендикулярно ей, то их пересечение со сферой Земли является параллелью. Параллель, которая имеет наибольшую долготу, называется экватором. Именно он является начальным для отсчета координаты широты. Все координаты измеряются в градусах и меньших долях - минутах, секундах. В одном градусе имеется шестьдесят минут, а в одной минуте - шестьдесят секунд. Для обозначения секунд используется два штриха (таких, как для обозначения минут).