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地球为什么是椭圆的？

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发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

地球为什么是椭圆的？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

以前人们一直认为地球是一个球体，但这种认为是不科学的。它是一个在赤道上凸起的椭圆形球体，在两极有些扁平。由于大地测量学推广，我们星球的形状已经广为人知。让我们更深入地研究一下。

什么是地理信息系统中的椭球体？

大地测量师采用了椭圆模型来确定纬度和经度坐标。椭圆的主要轴线是赤道半径，短半轴从两极到中心。

参考椭圆体主要用于指定点坐标，如纬度（北/南）、经度（东/西）和高程（高度）。

制图和测量中最常见的参考椭圆体是世界大地测量系统 （WGS84）。1866 年的克拉克椭圆体，为 1927 年的北美基准（NAD27）重新计算。比较 NAD27 和 NAD84 时，纬度和经度坐标可以在几十米（具有相同纬度和经度坐标）的度数上置换。

水平基准如何与椭圆体相关？

水平基准线使我们能够测量地球表面的距离和方向。大多数水平基准在赤道处定义一条零线，我们从中测量南北（纬度）。格林威治子午线上还有一条零线，我们从中测量东部和西部（经度）。

这些线一起提供以十进制表示的纬度和经度的参考。这些纬度和经度位置（地理坐标系）基于近似地球表面的球形或椭圆曲面 - 基准面。

所有坐标都引用到基准，以及下图中的基准：

基准用数学术语描述地球的形状。基准面定义椭圆体的半径、反向平展、半主轴和短半轴。

下面是 WGS84 基准：

半主轴： 6，378，137.0 m半短半轴： 6，356，752.3 m反向展平： 294.978698214

地球因旋转力而变成椭圆

艾萨克牛顿爵士提出地球在两极因旋转力而变平。当地球绕其轴旋转时，离心力使地球在赤道处膨胀。这就是为什么地球被更好地模拟成一个椭球体，它是一个在两极略微扁平的椭圆球体。

19世纪和20世纪，世界各地采用了不同的椭球体。正在不同大陆进行调查。每次测量都产生不同的椭球参数。

例如，澳大利亚的调查得出了一个“最佳”椭球体。欧洲的“最佳”椭球体不同于南美和亚洲。没有一个统一的全球椭球体。每一个大陆测量都是用它自己的椭球体参数分离出来的。目前还没有明确的方法来结合这些全球调查测量。在特定的区域缺乏测量点，缺乏计算资源，这就阻碍了全球椭球体的形成。

用大地水准面拟合椭球面

一个水平坐标系给了我们并排的纬度和经度。另一方面，垂直基准是典型水平坐标系的另一个组成部分。

我们在一个三维的行星上，除了在表面上的水平坐标系中的相对位置外，还有起伏。为了处理上升和下降，我们有一个垂直的基准，给了一个地方放零测量。平均海平面通常被理解为我们起伏的基础，这叫做大地水准面。

垂直基准面是块状和不规则的，这是因为地球上不同地方的密度不同，有重力异常，如山区质量较大。

这意味着平均海平面并不像大家想象的那么平滑。大地水准面不是恒定不变的，它们在不同的地方不同。大地水准面在地球上移动时有起伏。地球不像我们想象的那么圆。当它们以大地水准面的形式回到我们身边时，我们在它们上面有隆起或起伏。大地水准面把这些块体放回我们光滑的水平基准坐标系中。

椭球高度是上下最基本的版本。椭球体使用水平基准的大小和形状，如WGS84。它提供一个光滑的表面没有颠簸或不规则。大地水准面是复杂的数学描述。因此，我们拟合不同的椭球来近似它，例如wgs84。

椭圆体的不同历史

准确性地球在赤道的膨胀比两极的膨胀多约70，000英尺。自19世纪初以来，椭球体的尺寸已经计算了至少20次，精度相差很大。早期测量椭圆体的尝试使用了少量的数据，并不代表地球的真实形状。1880 年，克拉克椭圆体被采用作为其三角测量计算的基础。美国采用的第一个大地测量基准基于克拉克椭圆体，其起点在堪萨斯州称为米德牧场。