Планета, на якій ми живемо, виглядає з космосу майже ідеально круглою. Проте точні вимірювання показують інше. Земля — це не сфера. Вона трохи сплюснута біля полюсів і розширена біля екватора. Таку форму називають еліпсоїдом обертання, або сплюснутим сфероїдом.

Різниця між екваторіальним і полярним діаметрами становить близько 43 кілометрів. Для планети розміром понад 12 тисяч кілометрів це небагато — лише 0,3 відсотка. Але саме ця особливість впливає на все: від точності GPS до сили тяжіння в різних точках поверхні.

Сучасна наука описує форму Землі кількома моделями різної складності. Найпростіша — сфера. Більш точна — еліпсоїд обертання. Найближча до реальності — геоїд. Кожна з них потрібна для своїх завдань.

Чому Земля не ідеальна куля

Обертання планети створює відцентрову силу. На екваторі ця сила максимальна, бо лінійна швидкість обертання найбільша — близько 1670 кілометрів на годину. На полюсах вона дорівнює нулю. Матерія планети під дією цієї сили трохи «розтікається» до екватора, а полюси сплющуються.

Ісаак Ньютон ще в 1687 році передбачив таку форму на основі закону всесвітнього тяжіння. Він розрахував, що екваторіальна піввісь має бути приблизно на 1/230 довшою за полярну. Сучасні дані показують значення близько 1/298. Це одне з найточніших передбачень класичної механіки.

Стиснення Землі позначають літерою f і обчислюють за формулою (a − b)/a, де a — екваторіальний радіус, b — полярний. Для стандартної моделі WGS 84 це значення становить 1/298,257223563.

Точні розміри планети

Сучасні параметри еліпсоїда Землі визначені за даними супутникових вимірювань і закріплені в системі WGS 84, яку використовує глобальна система позиціонування.

Дані моделі WGS 84 та вимірювань ESA.

Екваторіальний діаметр сягає 12 756,274 км, полярний — 12 713,504 км. Середній радіус, який часто використовують у розрахунках, становить 6371 км. Ці цифри залишаються актуальними і в 2026 році.

Різниця між екваторіальним і полярним радіусами Землі становить 21,385 км — це приблизно відстань від Києва до Чернігова.

Геоїд — найточніша модель

Еліпсоїд обертання — зручна математична ідеалізація. Реальна поверхня Землі складніша. Гори, океанічні западини, нерівномірний розподіл мас у надрах створюють відхилення. Поверхню, яка всюди перпендикулярна до сили тяжіння, називають геоїдом.

Геоїд збігається із середнім рівнем світового океану, якщо уявити, що вода спокійно покриває всю планету. Відхилення геоїда від еліпсоїда WGS 84 рідко перевищують 100 метрів. Найбільші «горби» геоїда знаходяться в районі Нової Гвінеї та Ісландії, а «западини» — біля Індії та Шрі-Ланки.

Для навігації, картографії та геодезії зазвичай використовують еліпсоїд. Для вивчення гравітаційного поля та рівня моря — геоїд. Супутники місії GOCE Європейського космічного агентства дозволили побудувати найдетальніші карти геоїда з точністю до сантиметрів.

Як доводять форму Землі

Ще античні вчені помітили, що Земля не плоска. Арістотель спостерігав круглу тінь планети під час місячних затемнень. Ератосфен у III столітті до н. е. виміряв довжину кола Землі за різницею кута падіння сонячних променів у двох містах. Його результат — близько 40 000 км — дивовижно близький до сучасного значення.

Сьогодні доказів набагато більше. Кораблі зникають за горизонтом спочатку корпусом, потім щоглами. Зміна зоряного неба при русі на північ або південь. Різна тривалість дня в залежності від широти. Прямі фотографії з космосу. Траєкторії супутників, які неможливі на плоскій поверхні.

Гравітаційні вимірювання показують, що прискорення вільного падіння на полюсах трохи більше, ніж на екваторі — 9,83 м/с² проти 9,78 м/с². Це прямий наслідок сплюснутості та відцентрової сили.

Вплив форми на повсякденне життя

Форма Землі впливає на точність навігації. GPS-приймачі працюють із еліпсоїдом WGS 84. Якщо ігнорувати сплюснутість, помилка в координатах може сягати сотень метрів. Авіація, морські перевезення, будівництво мостів і тунелів — усюди враховують еліпсоїд.

Кліматичні моделі теж залежать від форми. Відцентрова сила та різниця радіусів впливають на циркуляцію атмосфери й океанів. Навіть висота гір над рівнем моря вимірюється відносно геоїда, а не простої сфери.

Сучасні супутникові системи вимірюють форму Землі з точністю до кількох міліметрів, фіксуючи навіть повільні зміни, спричинені таненням льодовиків і рухом тектонічних плит.

Чи змінюється форма планети

Земля не статична. Після останнього льодовикового періоду вона повільно «відскакує» — постгляціальний підйом. У Скандинавії та Канаді поверхня піднімається на кілька міліметрів на рік. Танення льодовиків Гренландії та Антарктиди змінює розподіл мас і трохи впливає на стиснення.

Сейсмічні хвилі, що проходять крізь планету, дозволяють «просвечувати» її внутрішню будову. Дані показують, що ядро, мантія і кора мають різну щільність, що також впливає на зовнішню форму. Проте основні параметри еліпсоїда залишаються стабільними протягом тисячоліть.

Для більшості практичних завдань достатньо моделі еліпсоїда обертання. Вона проста, точна й універсальна. Геоїд потрібен там, де важлива максимальна відповідність реальному гравітаційному полю.

Земля — сплюснутий сфероїд із невеликими, але вимірюваними відхиленнями. Ця форма — результат мільярдів років обертання, гравітації та внутрішньої динаміки. І саме вона дозволяє нам точно орієнтуватися в просторі, прогнозувати клімат і досліджувати власну планету з космосу.