что такое модель земли
Юный_астроном
Как человек изучает Землю
Знания о Земле, ее природе, населении и его хозяйственной деятельности накапливались долгие тысячелетия. Трудом многих народов, подвигом отважных путешественников и мореплавателей, ученых-географов постепенно создавалась обобщенная картина современного мира.
Ученые рисовали карты, составляли описания новых земель и населяющих их народов.
Сегодня Землю изучают из космоса, посылают автоматические станции к другим планетам, сравнивают их природу с природой Земли и глубже познают ее как часть Вселенной. Создаются международные научные экспедиции, проводятся совещания, идет обмен научной информацией.
Современная география располагает сведениями о геологическом прошлом нашей планеты, об особенностях строения и развития каждой геосферы, о компонентах природы, их взаимосвязях, о природных комплексах и о самом большом из них — географической оболочке, которая в наши дни находится под огромным влиянием деятельности человека.
В наш космический век Земля, которая раньше казалась необъятно огромной, перестала быть такой. Сейчас есть возможность быстро попасть в любой уголок Земли, собрать данные о происходящих в ее природе явлениях и процессах. Но ведь так было не всегда!
1. Географические карты
Географическая карта — это уменьшенное изображение поверхности Земли или другого пространства на плоскости, где в системе специальных условных знаков указаны различные объекты.
Карты играют огромную роль в жизни людей. Особенно это касается мегаполисов: в некоторых районах доводится бывать не так часто, чтобы хорошо знать расположение всех построек. Посмотрев по карте, где именно расположен нужный объект, его гораздо проще найти на местности. Также карта — незаменимый атрибут путешественников. Специальные атласы автодорог позволяют определить маршрут поездки и безошибочно перемещаться из одного места в другое. В графическом формате на карте изображены озера, реки, горы и низменности. Более того, по карте можно определить высоту гор, расстояние между объектами, ширину и глубину водоемов, а также многое другое.
Карты являются важным инструментом для представителей разных профессий. Без них невозможны различные исследования и строительство новых объектов на суше и в море, а также судоходство и навигация.
ИСТОРИЯ КАРТ
Люди пользуются картами с древнейших времен. Они были неизменным атрибутом всех торговых и военных походов, а также путешествий, связанных с освоением новых территорий. Первые географические карты создавались мореплавателями и исследователями далеких земель, но предоставляемая ими информация была далеко не точной. Однако с развитием общества и внедрением новых технологий совершенствовались и картографические знания. Современные карты предоставляют очень точную информацию практически о каждой точке земного шара.
КАК ЧИТАТЬ КАРТУ?
Мы уже знаем, что карты предоставляют нам огромное количество важной и полезной информации.
Как научиться понимать, что именно отражено на карте, и пользоваться этой информацией? Для этого необходимо знать условные картографические знаки, т.е. специальные графические символы, которые изображаются на картах.
Так, например, города на картах принято обозначать кружочками, границы, реки и дороги изображают линиями. Озерам, морям и горам на карте соответствуют их реальные очертания. Более того, водные просторы, горные массивы, равнины и низменности окрашиваются в разные цвета: вода — синим, горы — коричневым, равнины и низменности — зеленым.
Для удобства пользования туристические карты снабжены специальными и понятными всем значками-пиктограммами. Ведь не стоит никакого труда догадаться, что рисунок самолета на карте означает аэропорт, деревья — парковую зону, елочки — лес, туристическая палатка — кемпинг, велосипед — специально оборудованную велосипедную дорожку, пляжный зонтик — зону отдыха и т.д.
У каждой современной карты есть масштаб. Масштаб – это математическое выражение, которое указывает, во сколько раз изображение увеличено или уменьшено по сравнению с действительными размерами. Масштабы карт мелкие. Ведь Земля большая, и чтобы показать на карте всю ее поверхность или один материк, изображение на карте приходится уменьшать в миллионы раз. Например, масштаб карты 1: 10 000 000 («в 1 см 100 км») означает, что на карте все расстояния уменьшены в десять миллионов раз. 2 см на карте соответствуют двумстам километрам на местности и так далее.
ВИДЫ КАРТ
Существует несколько классификаций географических карт. В зависимости от масштаба карты делятся на крупномасштабные, среднемасштабные и мелкомасштабные. По содержанию карты подразделяются на общегеографические и тематические. На общегеографической карте показаны все объекты, находящиеся на местности, включая рельеф, населенные пункты, границы, различные хозяйственные объекты и т.д. А тематические карты, как вы уже догадался по названию, посвящены определенным природным и общественным явлениям. В группу тематических входят карты полезных ископаемых, почв, климатические, ботанические, политические, карты населения и многие другие.
В зависимости от назначения карты бывают учебными, туристическими, техническими, навигационными и др. Учебные карты используются на уроках географии и истории. Туристические предоставляют исчерпывающую информацию для путешественников: населенные пункты, места отдыха, достопримечательности, схемы метро, различные ориентиры и пешие маршруты. В навигационных, или дорожных, картах содержатся все необходимые данные для водителей, пилотов и диспетчеров. На политических картах мира изображены страны и регионы.
Кто и когда придумал глобус Земли
«Земное яблоко» диаметром 54 сантимера до сих пор хранится в музее
В произведениях античных писателей упоминается о том, что первый глобус был создан примерно в 150 году до нашей эры Кратетом Малльским – древнегреческим философом и последователем Аристотеля. Правда, до наших дней не дошли даже её изображения. Известно, что астроном из Бухары Джамаль ад-Дин в 1267 году в Ханбалыке преподнёс хану Хубилаю в качестве подарка от хана Хулагу глобус, астролябию и армиллярную сферу.
Османский учёный Такиюддин аш-Шами сконструировал современный вид глобуса для своей стамбульской обсерватории примерно в 1574 году. Но самым старым из всех сохранившихся глобусов считается шарообразная модель Земли диаметром 54 сантиметра, созданная немецким географом, путешественником и математиком Мартином Бехаймом в 1492 году. Она до сих пор хранится в музее немецкого города Нюрнберга.
На «Земном яблоке», как назвал его Бехайм, были отражены географические представления о поверхности Земли накануне открытия Нового Света, основывавшиеся на данных, взятых с карт мира древнегреческого учёного Птолемея, жившего во II веке. Вскоре после этого глобусы, дающие наиболее точные картографические представления и пользующиеся большим спросом у учёных и моряков, стали настоящим символом просвещения.
Особенно популярны были нидерландские глобусы, которые делали амстердамские мастера Блау. Они создали модель Земли, которая была подарена русскому царю Алексею Романову в 1672 году – впервые на Руси. Самой известной из всех зарубежных моделей земного шара является Готторпский глобус диаметром 311 сантиметров, изготовленный немецким учёным Адамом Ольшлегелем в 1664 году и в 1713 подаренный Петру I.
Читайте главные новости дня на ленте «Популярной механики» в Telegram
Что такое глобус и чем он отличается от карты?
Глобусом называют трёхмерную модель Земли, Луны, любой другой планеты и даже небесной сферы. Слово «глобус» произошло от латинского globus, что означает «шар».
Глобус Земли удобен тем, что даёт общее представление о взаиморасположении океанов, морей, материков, островов, гор — всех видимых на поверхности Земли элементов. Но он не является точной моделью нашей планеты.
В результате геодезических исследований установлено, что форма Земли сложнее и неправильнее, чем просто шар, и не схожа ни с одной известной объёмной геометрической фигурой. Ей даже дали особенное название — геоид. Неправильность формы выражается прежде всего в разнице длин большой и малой полуосей Земли, которая равна примерно 22 км.
Справка. Большой полуосью называют расстояние от экватора до центра Земли (6 378 245 м), малой — от полюса до центра (6 356 863 м).
Почему тогда глобус — круглый? Дело в масштабе. Разница между полуосями в крошечной модели планеты составляет десятые доли миллиметра, потому была бы незаметна и в том случае, когда бы соблюдалась в производстве глобусов. На самом маленьком глобусе, выпущенном в России, объекты уменьшены в 83 000 000 раз!
Чем глобус отличается от карты и почему нужны обе модели, плоская и объёмная:
– глобус всегда мелкого масштаба — он показывает только большие объекты: океаны, материки, большие острова — и их сорасположение, а карта может иметь довольно крупный масштаб и давать подробное представление о местности;
– глобус не имеет искажений в расположении и площади объектов — на карте ввиду её плоской (двумерной) формы искажения неизбежны;
– чтобы измерить расстояние на глобусе, необходимо применять специальную гибкую линейку, зато все длины определяются довольно точно (в пределах погрешности масштаба);
– глобус наглядно показывает, как происходит смена дня и ночи, часовых поясов, а более сложная модель из двух глобусов — Земли и Солнца (или просто лампы) демонстрирует, как проходит смена времён года;
– карта более удобна практически, но полную картину Земли можно получить, используя глобус и карту в паре.
Из истории глобуса
Казалось бы, глобус должен возникнуть после того, как мир признал, что Земля — шар. Так и случилась, но только… в II веке до нашей эры. Тогда древнегреческий учёный Кратет Малльский создал первый глобус, опираясь на доказательства греческих учёных III века до нашей эры.
Вот когда впервые была провозглашена и доказана идея шарообразности Земли. А Эратосфен Киренский (276-194 до н.э.) смог даже рассчитать радиус нашей планеты и получил результат 6 311 км, сделав ошибку всего в 1 %!
В 1267 году в Пекине (тогда — в Ханбалыке) бухарский астроном Джамаль ад-Дин дарит хану Хубилаю астролябию и глобус.
До наших дней сохранился один из старейших европейских глобусов — «Земное яблоко», созданный в 1492 – 1494 годах в Нюрнберге немецким географом и навигатором Мартином Бехаймом. На его южном полюсе сделана надпись о дате создания и заказчике — городском совете. Основой для глобуса послужила карта, которую Бехайм купил в Португалии.
«Земное яблоко» — это шар из металла диаметром 507 мм. На нём ещё нет обеих Америк, но есть Европа, большие части Африки и Азии, хотя и в несколько искажённом виде. Глобус не имеет указаний широты и долготы, но имеет экватор, меридианы.
Первый известный современным жителям глобус с изображением Северной Америки был вырезан на страусином яйце в 1504 году, а приблизительно в 1507 году на глобусе Ленокса появилась и Южная Америка.
Петербург может гордиться тем, что там в XVIII веке появился первый глобус-планетарий — Готторпский. Создавали его в Германии, в Хестеберге в 1651 – 1664 годах, а в 1713 году епископ Кристиан Август подарил глобус-планетарий Петру Первому. Перевозили подарок морем 3 года, установили в Кунсткамере, а в 1747 году глобус горел… Осталась только дверь. В 1748 – 1752 годах его восстановили.
Это шар, диаметром превышающий 3 м, снаружи представляет собой огромный глобус со всеми привычными изображениями, а внутри на его стенках изображена карта звёздного неба. Внутрь помещаются 12 человек, глобус вращается — и люди наблюдают, как движутся светила.
Как сделать глобус своими руками
Поделкой в виде животного или интерьерного украшения уже никого не удивить. Когда в школе или детском саду проходит конкурс мастеров-мастериц, хочется найти такую идею, которая сразит жюри, порадует посетителей-зрителей, станет поводом для гордости. Можно сделать своими руками миниатюрный макет Земли – глобус. Для работы подойдут те материалы, работа с которыми не будет сложной как для родителей, так и для ребенка.
Кто и когда сделал первый глобус
Самая первая модель Земли в виде шара была изготовлена древнегреческим философом, грамматиком, поклонником поэзии и географии Кратетом Мальским (Пергамским) во II веке до н.э. Он не обладал должными знаниями, свою идею воплощал на основе поэмы «Одиссей», прокладывая на сфере маршруты передвижения главного героя любимого произведения.
Несколько веков эта модель оставалась единственной, и только в 1492 году нашей эры была создана следующая. Ее сделали в Германии, чтобы наглядно показать все географические открытия моряков из Португалии. У этого варианта были имя – «Земное яблоко», он был изготовлен из металла, его диаметр был менее 50 см. Кроме этого, на нем еще не было Америки, долготы и широты, но уже были меридианы, описания некоторых стран и даже отмечены тропики.
Сейчас есть множество глобусов – географические, лунные, небесные, их можно увидеть в школах, библиотеках, клубах и даже в домах. Оригинальную и точную модель можно сделать своими руками из пластилина, обычного мяча или шара, бумаги, в виде игрушки, сувенира, наглядного пособия.
Работаем с пластилином
Из этого пластичного материала можно сделать своими руками любую фигурку, в том числе и глобус. Более того, вместе с юным исследователем можно вылепить модель Земли с ее внутренним строением – ядром, мантией, земной корой.
Для работы понадобится упаковка пластилина, как минимум, с 6 цветами:
Лепку глобуса для детей начинаем с формирования ядра. Основой станет желтый шарик. Его заворачиваем в «лепешку» из оранжевого пластилина, затем в «лепешку» из красного материала. Сердцевина модели Земли готова – внутреннее и внешнее ядро, мантия.
Следующий слой – земная кора из черного пластилина. Потом покрываем основу «океанами» — голубым или синим пластилином. Слой должен быть идеально ровным.
Можно приступать к оформлению материков. Для этого понадобится карта мира соответствующих шарику размеров, переведенная на кальку или газетную бумагу.
Прорисовывать маленькие острова на ней не обязательно, достаточно обозначить материки.
«Тела» материков покрываем зеленым пластилином и аккуратно вырезаем ножницами, налепляем вместе с бумажной основой на голубой слой.
Можно добавить реалистичности, выделив на континентах пустыни, горы, ледники соответствующим цветом – коричневым, желтым, белым.
Для детей старше 8 лет подойдет другая техника изготовления – без ядер и мантии, земной коры. Голубой пластилин ровным слоем налепляют на основу (шар из пенопласта или другого материала), обозначают материки – поделка готова.
Заключительный этап работы – создание подставки.
Сувенир из пластиковых бутылок
Сделать своими руками такой макет глобуса можно за 20-30 минут.
Понадобятся две пластиковые бутылки – объемом 2 л и круглая «пузатенькая» объемом 0,5-0,7 л, ножницы, шило или дрель с тонким сверлом, болт с шайбочкой, акриловые краски на водяной основе черного, белого, желтого, голубого цвета.
Приступаем к работе:
Не обязательно придерживаться рекомендуемой цветовой гаммы. Материки могут быть зелеными, на синем фоне их можно дополнительно выделить ярким контуром.
Модель Земли из бумаги
Техника рукоделия «папье-маше» увлекательна, проста, подходит для детей от 3-х лет и старше. Таким способом можно создавать своими руками фигурки животных, искусственные растения и, конечно же, глобусы.
Материалы и инструменты:
Клейстер можно сварить в домашних условиях, по рецептам наших бабушек – на 100-125 мл воды нужно 3 ст. л. муки или крахмала. Смесь провариваем до загустения, остужаем.
Готовим шар. Вариант для фитнеса просто протираем и сушим. Воздушный шар надуваем, «усиливаем» (оборачиваем) пищевой пленкой.
Бумагу измельчаем – газеты режем или рвем на ленты, туалетную бумагу, полотенца на небольшие кусочки.
Шар устанавливаем в миску или подвешиваем, начинаем оклеивать. Наносим клей (клейстер), укладываем материал. Каждый слой тщательно просушиваем. Для этого можно воспользоваться феном.
На просушенной основе прорисовываем контуры материков, закрашиваем их зеленым, а «поверхность» океанов синим цветом. Важно понимать, что многослойная бумага будет впитывать краску, как губка, и прокрашивать придется несколько раз. Кроме этого, нужно будет выделить более насыщенным оттенком глубокие места морей, возвышенности на материках.
Подставку можно сделать из плотного картона, свернув и закрепив его в виде конуса. Верх детали надрезаем на «язычки», подгибаем их наружу, смазываем клеем, фиксируем на них шар.
Материки можно обозначить не только красками. Покрытие может быть из чего угодно – кружочки из бумаги, крупы, макароны, бисер и даже пуговицы.
Глобус в технике «Паутинка»
Такая техника более сложная, но интересная. Поделка получается объемной, с выраженными материками, необычной поверхностью океанов.
Перед началом работы нужно подготовить:
Шарик надуваем до нужного размера, смазываем вазелином или жирным кремом, устанавливаем на подставку. В качестве подставки можно использовать стеклянную банку, широкий бокал. В иголку вдеваем нитки, сразу три цвета, не отрывая их от бобин. Продеваем иголку с нитками сквозь тубу с клеем ПВА, начинаем обматывать основу.
Стараемся укладывать нити так, чтобы они не слипались между собой, а образовывали равномерный цветной слой в виде паутинки.
Пока шар из ниток просыхает, подготовим подставку-держатель. Для этого из проволоки формируем каркас нужной формы и размера, обматываем его шерстяной нитью в один слой, размещая витки спирали как можно плотнее. Делаем ось — деревянные шпажки склеиваем между собой клеем моментального действия и тоже обматываем нитью.
После того, как основа высохла, извлекаем из нее шарик. Просто аккуратно протыкаем его и вытягиваем. Будущий глобус можно плотно набить синтепоном, чтобы он «прожил» как можно дольше.
Вырезаем материки из зеленой бархатной бумаги, северный и южный ледники из ватных дисков. В центре ватных дисков делаем отверстия – через них будет проходить ось из деревянных шпажек. Приклеиваем заготовки на глобус моментальным клеем.
Приступаем к сборке поделки. Продеваем сквозь шар ось, вставляем деталь в подставку-держатель, фиксируем с обеих сторон пуговицами, приклеив их клеем-моментом.
Основание сделаем из креп-бумаги и пластикового стаканчика. Просто обернем стаканчик бумагой, обматываем шерстяными нитками. В стакан наливаем алебастр, разведенный водой, фиксируем в нем держатель с глобусом.
Такой глобус можно подарить ребенку, учителю-предметнику в его профессиональный праздник, использовать как в качестве наглядного пособия, так и в качестве интерьерного аксессуара.
Творчество, рукоделие – это увлекательные занятия. Фантазируйте, используйте в работе сразу несколько техник, привлекайте к созданию поделки детей. Вместе творить гораздо интереснее.
Форма Земли, или что такое геоид
Всем привет. Из дискуссий о форме Земли я часто замечаю, что люди знают слово геоид, но зачастую не представляют, что именно это слово означает. Хочу тезисно осветить тему.
В последующие века геодезия (наука о фигуре Земли) продолжала развиваться, а с появлением космических аппаратов в 20 веке появилась и спутниковая геодезия, с помощью которой удалось дополнительно уточнить параметры фигуры Земли.
В качестве системы описания параметров Земли используется WGS 84 или её российский аналог ПЗ-90. В качестве отсчётного тела используется общеземной эллипсоид вращения с большой полуосью (то есть средним экваториальным радиусом) 6378 км и сжатием эллипсоида 1/298. [3]
Например сверху Северный полюс, снизу Южный, вращаем этот эллипс вокруг оси, проходящей через полюса, и получаем общеземной эллипсоид вращения. Внимание, вопрос: видите ли вы отличие этого эллипса от окружности? Вряд ли. Поэтому если вы упоминаете сплюснутость Земли сами или слышите о сплюснутости от другого человека, вспоминайте эту картинку.
В некоторых сетевых дискуссиях люди меня уверяли, что если фигура хоть сколько-то отличается от шара, то это уже не шар. Вот такая, понимаете ли, принципиальность. Мои попытки рассказать этим людям, что идеальных геометрических фигур в физической реальности не существует, были не очень успешны. И когда я демонстрировал вышеприведённую картинку и спрашивал, чем же она так отличается от окружности, мне либо говорили, что я рисую вообще что-то не то, либо разводили руками.
Из вышесказанного вы уже понимаете, что вторым приближением к форме Земли является общеземной эллипсоид вращения (с вышеуказанными величинами большой полуоси и сжатия). Если представить себе Землю без суши, с ровным дном и без неоднородных вкраплений (плотные породы и тому подобное), то форма Земли (а именно поверхность мирового океана) с хорошей точностью совпадала бы с эллипсоидом вращения.
К слову, эллипсоид вращения и образовался как раз из-за суточного вращения нашей планеты, и когда возникает вопрос «почему нет горба воды в районе экватора из-за вращения», я отвечаю, что «горб» как раз есть, но он размазан между экватором и полюсом. Сумма гравитационной и центробежной сил как раз и дают направление силы тяжести (локальной вертикали), которая практически перпендикулярна к нашему эллипсоиду.
Практически перпендикулярна, однако в следующем, третьем приближении, есть отклонения направления силы тяжести (называется уклонением отвеса), связанные с неоднородностями: неровная поверхность суши и дна водоёмов, а также неравномерное распределение плотностей во внутренней структуре Земли. Это приводит к тому, что реальная поверхность мирового океана отличается от эллипсоида на величины до 100 метров. Такая уровенная поверхность невозмущённой поверхности мирового океана, причём продолженная под континентами, и называется геоидом. [4]
Так выглядит карта высот геоида относительно эллипсоида:
Понятно, что если на глаз трудно отличить даже 20-километровую сплюснутость Земли (эллипсоид в сравнении с шаром), то отличия геоида от эллипсоида в десятки метров в масштабе были бы тем более незаметны. Поэтому для целей визуализации отличий геоида от эллипсоида (не от шара, подчёркиваю) была сделана картинка, в которой эти отличия были утрированы на несколько порядков. А затем эту картинку кто-то вбросил со словами «так выглядит Земля без воды!» И почему-то этот вброс в своё время приобрёл вирусный характер, и до сих пор многие так и продолжают считать, что это форма Земли без воды:
Ну и завершим мы такой, например, вполне подходящей картинкой, на которой не в масштабе, а условно приведены разные поверхности всех трёх приближений к форме Земли (сфера, эллипсоид вращения, геоид):
[1] Эти измерения проводили с помощью триангуляционной разметки на Земле и последующих астрономических измерений высоты кульминации выбранной звезды.
[3] Приведённые значения округлены, более точные значения составляют 6378136 метров и 1/298.258.