Milyen alakja van a földnek?

Milyen alakja van a földnek? Ellipszoid vs gömb

Milyen alakja van a földnek nem teljesen gömb, hanem a forgás miatt ellaposodott ellipszoid.
Ez a forma hatással van a gravitáció és a földrajzi mérés pontosságára.
Érdemes megérteni a geoid és a forgási ellipszoid különbségeit, hogy pontos képet kapjunk a bolygóról.

A Föld valódi alakja: Mégsem egy tökéletes gömb

Milyen alakja van a földnek? A közhiedelemmel ellentétben bolygónk nem egy szabályos gömb, hanem egy forgási ellipszoid, amely a sarkoknál laposabb, az Egyenlítőnél pedig kissé kidudorodik.
A legpontosabb tudományos kifejezés azonban a geoid, amely a tengerszint átlagos helyzetét és a Föld belső tömegeloszlásának hatását is figyelembe veszi.

Amikor az űrből készült képeket nézzük, a Föld szinte tökéletes, sima gömbnek tűnik.
A valóságban azonban a tengely körüli forgás miatt centrifugális hatás érvényesül, amely az Egyenlítő térségében enyhe kidudorodást okoz.
Az egyenlítői sugár 6378 kilométer, míg a sarki sugár 6357 kilométer. Ez a 21 kilométeres különbség elegendő ahhoz, hogy a Föld alakja mérhetően eltérjen a tökéletes gömbtől.

A Föld felszíni egyenetlenségei első pillantásra jelentősnek tűnhetnek,
de a bolygó teljes méretéhez viszonyítva meglepően kicsik.
Ez segít megérteni, hogy a hegyek és mélyárkok miért változtatják meg csak minimálisan a Föld általános alakját.

A geoid fogalma: Mit jelent ez pontosan?

A geoid egy elméleti fizikai felület, amelyet a Föld óceánjai vennének fel, ha kizárólag a gravitáció és a forgás hatna rájuk.
Mivel a Föld belsejében a tömegeloszlás nem egyenletes, a gravitáció erőssége is helyről helyre változik.
Ezek a különbségek alakítják ki a geoid enyhén szabálytalan formáját.

Miért laposabb a Föld a sarkoknál?

Képzelj el egy vízzel teli lufit, amit elkezdesz pörgetni a levegőben.
Ahogy gyorsul a forgás, a lufi közepe kidudorodik, a teteje és az alja pedig ellaposodik.
Teljesen logikus. Ugyanez a fizikai törvényszerűség formálta a Földet is az elmúlt 4,5 milliárd év során.

Sokan úgy gondolják, hogy a bolygó egy merev szilárd kőzetdarab, amely soha nem változtatja az alakját.

Tévedés. Bár a legkülső felszín szilárd, a bolygó mélyebb rétegei rendkívül képlékenyek.

Ez a belső képlékenység teszi lehetővé, hogy a bolygó alkalmazkodjon a forgásból eredő erőkhöz, és kialakuljon az egyenlítői dudor.

Kicsit meglepő, de az olvadozó jégsapkák miatt a tömegeloszlás jelenleg is változik, ami évente milliméteres nagyságrendben folyamatosan alakítja a Föld formáját.

A felszíni egyenetlenségek: Biliárdgolyó vagy krumpli?

Itt van az a gyakori tévhit a hegyekről, amit korábban említettem:
az emberek nagy része azt hiszi, hogy a monumentális hegységek miatt a bolygó formája nagyon szabálytalan.

Sokan úgy gondolják, hogy a Mount Everest 8848 méteres magassága és a Mariana-árok 11034 méteres mélysége miatt a Föld rendkívül egyenetlen alakú.
A bolygó 12742 kilométeres átmérőjéhez viszonyítva azonban ezek a szintkülönbségek nagyon kicsik,
ezért csak minimális hatással vannak a Föld teljes alakjára.

A felszíni egyenetlenségek aránya kevesebb, mint 0,2 százalék a teljes átmérőhöz viszonyítva.
Ha a Földet lekicsinyítenénk egy biliárdgolyó méretére, az ujjaiddal abszolút nem is éreznéd a hegyeket.
Sőt, műszaki szempontból simább lenne, mint a legdrágább versenyszintű biliárdgolyó a világon.

Modell és Valóság: Hogyan írjuk le a Föld alakját?

A tudomány különböző modelleket használ a bolygó formájának leírására, attól függően, hogy milyen pontosságra van szükség az adott feladathoz.

Tökéletes gömb

• Nagyon egyszerű, mivel minden pont egyforma távolságra van a középponttól
• Alacsony - nem veszi figyelembe a forgás miatti lapultságot
• Általános iskolai oktatás, alapvető navigáció és laikus magyarázatok

Forgási ellipszoid

• Közepes, külön képleteket igényel a sarki és egyenlítői sugarakhoz
• Magas - pontosan leírja a pólusoknál lévő 21 kilométeres lapultságot
• GPS rendszerek alapja, globális térképészet és légi navigáció

Geoid

• Rendkívül bonyolult, mivel a felület matematikailag nem írható le egyetlen egyszerű képlettel
• Legmagasabb - a gravitációs anomáliákat és a tengerszintet is tükrözi
• Precíz mérnöki munkák, tengerszint feletti magasság meghatározása, építészet

A 3D nyomtatás és a méretarányok csapdája

Gábor, egy 28 éves budapesti földrajztanár, szerette volna szemléltetni a 3D nyomtatószakkörön a Föld geoid alakját. A diákjai meg voltak győződve róla, hogy a Föld csak egy unalmas, sima golyó, amit a tankönyvekben látnak. Gábor valami látványosat akart.

Letöltött az internetről egy erősen felnagyított gravitációs térképet, és kinyomtatta a modellt. Az eredmény meglepően katasztrofális lett. A 15 centiméteres műanyag modell leginkább egy horpadt krumplira hasonlított. A diákok teljesen összezavarodtak, és azt hitték, a Föld a valóságban ilyen torz és hepehupás.

Két hétnyi frusztráció után rájött az alapvető hibára. A tudományos geoid modellek szándékosan ezerszeresére nagyítják a gravitációs eltéréseket, hogy szabad szemmel is láthatóak legyenek. Gábor stratégiát váltott: kinyomtatott egy teljesen sima gömböt, majd csak a sarki lapultságot modellezte rajta.

A diákok végre megértették az arányokat. A projekt segített tisztázni, hogy a Föld alakja szabad szemmel gömbnek tűnik, de matematikai értelemben mégis ellipszoid. A szakkör végére a gyerekek maguk is el tudták magyarázni, miért nem krumpli alakú a bolygó.