Яка форма Землі?

З 3 століття до н. е., коли грецький математик Ератосфен зробив свої виміри, протягом дев'ятнадцяти століть вважалося, що форма Землі – це куля. Лише у 17 столітті з'ясувалося, що сила тяжіння в Кайєнні у Французькій Гвіані відрізняється від сили тяжіння у Парижі. І тоді Ньютон висловив припущення, що форма Землі не досконала куля, а тіло, сплюснуте біля полюсів. Він запропонував наступний уявний експеримент. Потрібно прокопати дві шахти: від полюса до центру Землі та від екватора до центру Землі. Ці шахти заливаються водою. Якщо Земля має форму кулі, глибина шахт однакова. Але на воду в екваторіальній шахті діє відцентрова сила, тоді як на воду в полярній шахті ні. Тому для рівноваги води в обох шахтах необхідно, щоб екваторіальна шахта була довшою. Подальший розвиток теорії фігури Землі пішов завдяки роботам Гюйгенса, Кассіні, Клеро, МакЛорена, д'Аламбера, Лагранжа, Лапласа, Лежандра, Якобі, Діріхле, Пуанкаре та ін. Протягом наступних 300 років систематичними геофізичними вимірами було встановлено - кожен з полюсів на 21 км 470 м ближче до центру Землі, ніж екватор.

Штучні супутники Землі відкрили нову еру в геодезії. Аналіз орбіти вже другого штучного супутника показав, що форма Землі (плескатість) у полюсів була раніше переоцінена: екваторіальний діаметр виявився більшим за полярний на 42 км 770 м, а не на 42 км 940 м, як думали раніше. Супутникова геодезія принесла чимало несподіваних та дивовижних відкриттів, з яких найсенсаційніше – грушоподібність Землі. Південний полюс виявився ближчим до центру, ніж Північний, на 44 м 70 см. Південний полюс при цьому розташовується на 25 м 80 см нижче поверхні плескатої сфери. Північний полюс виступає на зразок черешка груші на 18 м 90 см. Обмовимося: описана форма Землі, строго кажучи, геометричний вигляд не Землі, а поверхні Світового океану. Грушоподібність Землі безпосередньо позначається лише на поверхні води. Тому найбільше значення грушоподібна форма Землі може мати для навігації, а найбільше теоретичне значення в космології.

У геодезії та космонавтиці форма Землі зазвичай описується еліпсоїдом обертання або геоїдом. З геоїдом пов'язана система астрономічних координат, з еліпсоїдом обертання - система геодезичних координат. За визначенням, геоїд - це поверхня, яка скрізь нормальна силі тяжіння. Якби Земля була повністю покрита океаном і не піддавалася приливному впливу інших небесних тіл та іншим подібним збуренням, вона мала б форму геоїда. Насправді, у різних місцях поверхня Землі може значно відрізнятися від геоїда. Для кращої апроксимації поверхні вводять поняття референц-еліпсоїда, який добре збігається з геоїдом лише на якійсь ділянці поверхні. Геометричні параметри референц-еліпсоїдів відрізняються від параметрів середнього земного еліпсоїда, який описує земну поверхню загалом. Насправді використовують кілька різних середніх земних еліпсоїдів і пов'язаних із нею систем земних координат.