地球物理知识之四－地球形状

作者：地理人来源：未知时间：2021-07-08 阅读：次字体：大中小在线投稿

　　“不知庐山真面目，只缘身在此山中。”人类居住在地球上，对于地球形状的认识经过了一个漫长的过程。

　　最早，人们通过天文观测（日蚀、月蚀等），推测地球为球形，并通过天文—大地测量等手段，得知地面沿经线变化1度的平均长度约为111.2km。我国唐代天文学家张遂（僧一行）独立得出该参量，其误差小于20%。

　　后来，人们发现了地球的自转运动，并且把重力测量引入地球形状的研究，才逐渐认识到地球并不是一个正球体，而是一个赤道略凸、两极略扁的椭球体。人们曾形象地把它比喻为“橘子”。

　　20世纪50年代以后，人造地球卫星上天。人们不仅可以从几十万公里的高空给地球拍摄照片，直接领略地球的形状，也可以通过对卫星轨道摄动的测量了解地球形状的细微变化。进而在椭球认识的基础上，发现南北形状的不对称性，提出所谓“梨形”地球的正确认识……其实，地球基本上为球形。所谓“橘形”地球，其扁率为〈地球长轴-地球短轴〉/（地球长轴），约为1/297。而认识所谓“梨形”地球，要付出多少智慧和代价！

　　人们常常提出这样一个问题：地球表面崎岖不平，大陆有高山，海底有深沟，其变化已逾几千米。所得地球形状的南北极高度差异，仅仅十几米，它远远小于地面的实际起伏。这有什么意义呢？在地球物理学中所讲地球形状绝非地球的自然表面形态，而是有着明确物理含义的重力等位面的形状。这个重力等位面在大洋里，与一个平静的海平面重合，而在大陆上，则是这个平静海平面的自然延伸。整个地球被这样一个大地水准面包围起来，在这个面上待命的轮船，将不因为重力作用而消耗能量。显然，这个大地水准面的形状是由地球整体的质量分布决定的，因而它的形状，就是地球的形状。

　　既然地球形状与地球整体质量分布有关，那么，如何由地球的形状研究其内部质量分布呢？让我们看一个例子：按照刚体转动理论，一个均匀球体的转动惯量c=0.4ma2（m为地球质量，a为地球半径）。但是，根据一个椭球体在日月引力作用下的进动速率计算，可以得到地球的实测转动惯量=0.3307ma2。为什么两者的转动惯量值不同、且实测值小于理论值？因为地球并不均匀，质量向中心集中。这个结论，进一步得到地震学、重力学和地球化学等多方面研究结果的支持。

　　实际上，地球形状的研究还应包括固体潮汐的研究、负荷潮汐研究以及某些构造带的局部变形研究（称为大地形变）。这些研究结果，不仅有科学价值，而且在地震预报和太空飞船运行等方面有实际价值。