探究地球的形状与大小

地球上任一质点在静止状态下都同时受到两个作用力，即离心力和地球引力，其合力的作用线，称铅垂线。处于静止状态的水面，称水准面，其特点是表面处处与铅垂线垂直。与水准面相切的平面，叫水平面。设想全球海洋水面平静下来，形成“平均海水面”，并穿过大陆、岛屿而形成的闭合曲面，称为大地水准面，并以此代表整个地球的实际形体。由于地球内部质量分布不均匀，引起铅垂线的方向产生不规则的变化，致使大地水准面的表面为不规则的、复杂的曲面。

测绘地形图需要由地球曲面变换为平面的地图投影，若这个曲面很不规则，则投影计算将十分困难。为了解决这个问题，我们选用一个非常接近于大地水准面的规则几何表面来代替地球的形状，称为地球椭球面。大地水准面如图1-1所示。

经过长期测量实践研究表明，地球形状极近似于一个两极稍扁的旋转椭球，即一个椭圆绕其短轴旋转而成的形体。而其旋转椭球面是可以用较简单的数学公式准确地表达出来的。在测量工作中就是用这样一个规则的曲面代替大地水准面作为测量计算的基准面，见图1-2。

图1-1 大地水准面(www.xing528.com)

图1-2 旋转椭球体

世界各国通常采用旋转椭球代表地球的形状，并称其为“地球椭球”。测量中把与大地体最接近的地球椭球称为总地球椭球；把与某个区域如一个国家大地水准面最为密合的椭球称为参考椭球，其椭球面称为参考椭球面。由此可见，参考椭球有许多个，而总地球椭球只有一个。