Однако теорию Ньютона, согласно которой Земля была слегка сплюснута у полюсов, разделяли не все ученые того времени. Так, результаты измерений, которые провели итальянский математик и астроном Джованни Доменико Кассини (1625–1712), глава Парижской обсерватории, и его сын, Жак Кассини (1677–1756), в разных точках одного и того же меридиана, заставили их думать, что Земля вытянута у полюсов и сплюснута у экватора. Эти расхождения вызвали жаркие споры, которые вылились в противостояние английской и французской науки и разделили Парижскую академию наук на два непримиримых лагеря. Чтобы положить конец разногласиям, примерно в 1735 году академия приняла решение отправить две экспедиции в разные точки земного шара для измерения дуги, соответствующей одному градусу широты у полюса и у экватора. Мопертюи (1698–1759) и Клеро (1713–1765) отправились в Лапландию, Годен (1704–1760), ла Кондамин (1701–1774) и Бугер (1698–1758), при содействии испанцев Хорхе Хуана (1713–1773) и Антонио де Ульоа (1716–1795), — в Перу. Результаты измерений в конечном итоге подтвердили правоту Ньютона. Вольтер, сторонник Ньютона, сказал о Мопертюи: «Он расплющил Землю и Кассини».

Более поздние измерения позволили определить эллипсоид, максимально точно описывающий форму земной поверхности. Последними результатами, полученными с помощью спутниковых технологий, стали эллипсоид GRS (от англ. Geodetic Reference System — «геодезическая справочная система») 1980 года, используемый Международным геодезическим и геофизическим союзом, и WGS (от англ. World Geodetic System — «всемирная геодезическая система») 1984 года, ставший мировым стандартом. В системе GPS (от англ. Global Positioning System — «система глобального позиционирования») эта модель используется для вычисления широты, долготы и высоты.

* * *

* * *

Картографы в зависимости от решаемой задачи используют сферическую модель Земли либо одну из эллипсоидных моделей. Сфера используется в качестве модели при составлении карт в мелком масштабе, то есть карт стран, континентов или крупных регионов. В этом случае различия между упомянутыми моделями будут незаметны, однако при использовании эллипсоида сложность картографических уравнений намного выше. А вот в картах крупного масштаба, на которых изображаются более мелкие территории, например в топографических или навигационных, различия между моделями будут существенными, при этом использование сферической модели влечет значительные ошибки в расстояниях, площадях и углах, поэтому при составлении таких карт картографы используют эллипсоид.

Утверждая, что земная поверхность имеет форму эллипсоида, мы хотим сказать, что форму эллипсоида имеет воображаемая поверхность, обозначающая средний уровень моря во всех точках земного шара, включая районы, находящиеся над поверхностью воды (как если бы существовал воображаемый канал, соединяющий их с морем). Тем не менее геодезические измерения показывают, что описанная нами поверхность — не эллипсоид, так как уровень моря в разных областях отличается ввиду локальных отклонений силы тяготения, вызванных неоднородностью земной коры и другими факторами. Чтобы учесть эти отклонения, была создана новая модель — геоид (этот термин происходит от греческого «гео» — «Земля» и «оид» — форма»). Геоид — это трехмерная фигура, приближенно описывающая средний уровень моря. Ее можно представить как поверхность спокойного моря, в каждой точке которой сила тяготения (или направление отвеса) перпендикулярна поверхности. Если использовать совсем уж научные термины, то геоид — это эквипотенциальная поверхность земного поля тяготения, которая используется в альтиметрии для определения высот различных участков земной поверхности.

В этой книге мы будем считать, что Земля имеет форму сферы, то есть будем использовать сферическую модель.

Математическая модель, описывающая земную поверхность.