Топ 3 доказательства шарообразной формы Земли

Ещё в VI в. до нашей эры Пифагор считал, что Земля имеет шарообразную форму[1]. То же открытие наиболее авторитетный автор в этом вопросе, Феофраст, отдаёт Пармениду.

Через 200 лет Аристотель доказал это, ссылаясь на то, что во время лунных затмений тень Земли всегда круглая.

Спустя ещё 100 лет Эратосфен по разнице в отклонении солнечных лучей от вертикали в полдень летнего солцестояния определил, что окружность земного шара приблизительно в 50 раз больше расстояния от Сиены до Александрии. Однако неизвестно, насколько точно в то время было измерено расстояние между этими городами[2].

То, что форма Земли должна отличаться от шара, впервые показал Ньютон. Он предположил, что она имеет форму эллипсоида и предложил следующий мысленный эксперимент. Нужно прокопать две шахты: от полюса до центра Земли и от экватора до центра Земли. Эти шахты заливаются водой. Если Земля имеет форму шара, то глубина шахт одинакова. Но на воду в экваториальной шахте действует центробежная сила, в то время как на воду в полярной шахте — нет. Поэтому для равновесия воды в обеих шахтах необходимо, чтобы экваториальная шахта была длиннее[3].

Дальнейшее развитие теории фигуры Земли отражено в работах Гюйгенса, Кассини, Клеро, МакЛорена, д'Аламбера, Лагранжа, Лапласа, Лежандра, Якоби, Дирихле, Пуанкаре и др.

Современные представления

Отклонения геоида (модели EGM96) от идеализированной фигуры Земли (эллипсоида WGS 84). Видно, что поверхность океана расходится с эллипсоидом: например, на севере Индийского океана она понижена на ~100 метров, а на западе Тихого — поднята на ~80 метров
В нулевом приближении можно считать, что Земля имеет форму шара со средним радиусом 6371,3 км. Такое представление нашей планеты хорошо подходит для задач, точность вычислений в которых не превышает 0,5 %. В действительности Земля не является идеальным шаром. Из-за суточного вращения она сплюснута с полюсов; высоты материков различны; форму поверхности искажают и приливные деформации.

В геодезии и космонавтике для описания фигуры Земли обычно выбирают эллипсоид вращения или геоид. С геоидом связана система астрономических координат, с эллипсоидом вращения — система геодезических координат.

По определению, геоид — это поверхность, всюду нормальная силе тяжести[4].

Если бы Земля была целиком покрыта океаном и не подвергалась приливному воздействию других небесных тел и прочим подобным возмущениям, она имела бы форму геоида. В действительности в различных местах поверхность Земли может значительно отличаться от геоида. Для лучшей аппроксимации поверхности вводят понятие референц-эллипсоида, который хорошо совпадает с геоидом только на каком-то участке поверхности. Геометрические параметры референц-эллипсоидов отличаются от параметров среднего земного эллипсоида, который описывает земную поверхность в целом.

На практике используется несколько различных средних земных эллипсоидов и связанных с ними систем земных координат.

Греция
Самая ранняя теория о шарообразности Земли была выдвинута в VI веке до н. э. в Греции выдающимся математиком античности Пифагором Самосским[1]

Аристотель
К 350 г. до н. э. представление о шарообразной Земле было распространено достаточно широко. В том числе, Аристотель записал несколько доводов в его пользу[1]:

Чем дальше вы идёте на север, тем выше Полярная звезда. На юге видны звёзды, которые не видны на севере.
Созвездия на экваторе находятся высоко.
Тень от Земли, падающая на луну во время лунного затмения, всегда круглая.
Платон
Платон основал свою школу в Афинах, и придерживался теории шарообразности Земли, но доказать её не мог.

Средневековье
Армения
Армянский исследователь Анания Ширакаци (610—685 гг.) стал автором труда из 48 глав «Космография и календарь», в котором рассматриваются вопросы астрономии, метеорологии и физической географии[3]. Ширакаци сравнивал структуру мира с яйцом (Земля — желток, атмосфера — белок, небосвод — скорлупа) и пытался определить расстояние до Солнца и Луны. Вместе с тем он верно считал Млечный путь скоплением звёзд, а Луну — несветящимся телом, лишь отражающим солнечный свет. Писал о шарообразности Земли[4].

Астрономия исламского средневековья

Метод Бируни
Астрономия исламского средневековья была разработана в основном на вычислениях Аристотеля. Они доказывали шарообразность Земли. Мусульмане стали развивать сферическую тригонометрию, чтобы вычислить расстояние от любой земной точки до Мекки. Мусульмане использовали новый метод для вычисления окружности Земли. Он называется методом Аль-Бируни. Новая идея вычисления окружности Земли пришла к нему, когда он стоял на высокой горе. Благодаря этому удалось увидеть угол, который позволял определить кривизну Земли. В Европу знания о сферической тригонометрии передавались с Ближнего Востока.