KSZTAŁT I ROZMIARY ZIEMI, KIERUNKI,
WSPÓŁRZĘDNE GEOGRAFICZNE
KSZTAŁT ZIEMI
ROZMIARY ZIEMI
KIERUNKI NA ZIEMI
WSPÓŁRZĘDNE GEOGRAFICZNE
__________
KSZTAŁT ZIEMI
Wyobrażenia o kształcie Ziemi zmieniały się wraz z rozwojem nauki i cywilizacji. Początkowo były one zupełnie fantastyczne. W świecie starożytnym długo utrzymywało się przekonanie, że Ziemia jest wyspą w kształcie dysku, pływającą po bezkresnym oceanie. Byli jednak i tacy (Pitagoras z Samos – VI w. p.n.e.), którzy twierdzili, że planeta na której żyjemy jest kulą – sądzili, że bogowie musieli jej nadać najdoskonalszy kształt.
Pierwsze dowody na kulistość Ziemi dostarczył (obserwując m.in. zaćmienia Księżyca i widnokrąg) w IV w p.n.e. grecki filozof Arystoteles. W średniowieczu zdobycze nauki greckiej poszły w zapomnienie, a ludzkość cofnęła się znowu do pierwotnych pojęć o kształcie Ziemi. Jednak począwszy od II połowy XV wieku coraz śmielej zaczęto ponownie mówić o kulistości Ziemi.
Przykładowe fakty świadczące o kulistości Ziemi (nie wszystkie dowody mówią jednoznacznie, że Ziemia jest kulą, ale na pewno zaprzeczają one poglądom mówiącym, że Ziemia jest płaska):
- na otwartej przestrzeni w każdym miejscu Ziemi widnokrąg ma zawsze kształt okręgu; jeżeli punkt obserwacji znajduje się wyżej, to widoczny jest obszar o coraz większym promieniu; gdyby Ziemia nie była kulą, wówczas widnokrąg mógłby mieć inny kształt, różniący się od okręgu, w zależności od miejsca obserwacji;
- podczas podróży na północ i południe zmienia się wysokości Gwiazdy Polarnej; można dotrzeć do miejsca, gdzie jest ona widoczna w zenicie lub “chowa” się pod horyzontem; gdyby Ziemia była płaska, wówczas kąt obserwacji Gwiazdy Polarnej zawsze byłby taki sam;
- obserwacje cienia Ziemi na powierzchni Księżyca podczas jego zaćmienia jednoznacznie dowodzą, że planeta ma kształt kuli (lub bardzo zbliżony), bowiem tylko taka bryła w każdym momencie rzuca cień w kształcie koła;
- krzywiznę Ziemi potwierdzali już starożytni żeglarze; ląd którego nie widać z pokładu statku, jest widoczny ze szczytu masztu;
- w latach 1519-1522 (w okresie wielkich odkryć geograficznych) wyprawa morska pod dowództwem Ferdynanda Magellana, płynąc stale w kierunku zachodnim, dotarła do w miejsca skąd wypłynęła, lecz od strony wschodniej (Ferdynand Magellan zginął z rąk tubylców na wyspie Mattan w Archipelagu Malajskim); osiągnięcie to udowodniło, potwierdziło, że Ziemia na pewno nie jest płaska oraz że nie istnieje tzw. “kraniec świata”;
;)
- bezpośrednim i niezaprzeczalnym dowodem kulistego kształtu Ziemi okazały się dopiero współczesne obserwacje naszej planety z przestrzeni kosmicznej (w 1957 roku wystrzelono pierwszego sztucznego satelitę); poniżej fotografia Ziemi wykonana z kosmosu.
Rozwój geodezji satelitarnej i nowoczesne techniki pomiarowe (astronomiczne, topograficzne, grawimetryczne) wykazały, że Ziemia nie jest jednak idealną kulą. Na skutek ruchu wirowego – dookoła własnej osi – nastąpiło spłaszczenie planety przy biegunach (patrz rozdział Ruch obrotowy Ziemi i jego następstwa). W wyniku tego spłaszczenia powstała bryła, która nie ma swojego odpowiednika w geometrii; nazwano ją geoidą (z greckiego: gea – Ziemia, eidos – wygląd, kształt).
Według definicji geoida to bryła, której powierzchnia w każdym miejscu jest pozioma, a więc prostopadła do kierunku działania siły ciężkości. Ujmując rzecz prościej geoida powstaje przez przedłużenie w wyobraźni powierzchni mórz i oceanów (0 m n.p.m.) pod lądami.
Figurą geometryczną najbardziej zbliżoną kształtem do Ziemi jest elipsoida obrotowa o promieniu biegunowym krótszym o 21 km od promienia równikowego.
Choć w przyrodzie nie można dostrzec spłaszczenia Ziemi, to wynikające z tego konsekwencje są dosyć ciekawe. Na przykład najwyższy szczyt Ziemi, Mount Everest o wysokości 8848 m n.p.m., wcale nie jest punktem najbardziej oddalonym od środka Ziemi – punktem tym jest położony blisko Równika stożek wulkaniczny Chimborazo (6 310 m n.p.m., Ekwador). Wyższy o ponad 2000 m Mount Everest leży na szerokości geograficznej, na której promień Ziemi jest o kilka kilometrów krótszy od promienia równikowego.
Inną ciekawostką może być to, że rzeki o znacznych długościach, płynące w stronę równika (np. Missisipi), teoretycznie “płyną pod górę”, ponieważ ich źródła leżą bliżej środka Ziemi niż ujścia.
__________
ROZMIARY ZIEMI
;)
Pierwsze próby zmierzenia naszej planety były podejmowane już w starożytności. Zadziwiająco dokładnych pomiarów dokonał na przełomie III i II w p.n.e. aleksandryjski uczony Eratostenes. Przyjął on założenie, że Ziemia ma kształt kuli i na podstawie własnej wiedzy matematycznej, obserwacji, pomiarów i przemyśleń określił jej rozmiary.
Wiedział, że w południe pierwszego dnia lata, w miejscowości Syene (obecnie Asuan), dna najgłębszych studni są oświetlone promieniami słonecznymi. Uznał, że promienie te tworzą tam z powierzchnią Ziemi kąt prosty. Tego samego dnia (22 czerwca), zmierzył kąt padania promieni słonecznych w położonej 800 km (według jego szacunków) na północ Aleksandrii. Dokonane pomiary oraz znajomość zależności geometrycznych pozwoliły mu obliczyć, ze zdumiewającą jak na owe czasy dokładnością, obwód Ziemi.
7°12' | = | 800 km | ––––> OZ = | 360° x 800 km | = 40 000 km |
OZ – obwód Ziemi
Współczesne techniki pomiarowe pozwoliły bardzo dokładnie określić wszystkie wymiary Ziemi:
- promień równikowy 6378,14 km |
|
| Najwierniejszym obrazem – modelem – Ziemi jest globus (patrz rozdział Mapy – kartografia). |
KIERUNKI NA ZIEMI
Kula ziemska (geoida) jest bryłą nie posiadającą żadnych krawędzi, które umożliwiałyby łatwe orientowanie obiektów na niej występujących. Niezwykle zatem ważne było znalezienie punktów odniesienia pozwalających na wyznaczanie kierunków. Takim punktem orientacyjnym okazała się Gwiazda Polarna.
Gwiazda Polarna (Północna) to jedyny obiekt na sferze niebieskiej, który cały czas pozostaje w tym samym miejscu. Leży ona dokładnie w linii wyznaczonej przez oś obrotu Ziemi. Oś ta przecina powierzchnię naszej planety w punktach nazywanych biegunami – północnym i południowym. Gwiazda Polarna świeci w zenicie, czyli znajduje się dokładnie nad obserwatorem, na Biegunie Północnym. Dlatego jej położenie widziane z niższych szerokości geograficznych wyznacza kierunek północny.
Z każdego miejsca na Ziemi kierunek zwrócony w stronę bieguna północnego (Gwiazdy Polarnej) określany jest jako północ, a w stronę przeciwną (bieguna południowego) jako południe. |  |
Powyższe kierunki opisuje się jako główne (kardynalne). Dla lepszej orientacji, między głównymi wyznacza się także kierunki pośrednie. Wyróżnia się kierunki pośrednie I stopnia/rzędu (północny-zachód, północny-wschód, południowy-zachód, południowy-wschód) kierunki pośrednie II stopnia (np. północny-północny-zachód), III stopnia itd.. W geografii najczęściej wykorzystuje się kierunki główne oraz pośrednie I stopnia. Pozostałe znajdują szersze zastosowanie przede wszystkim w nawigacji morskiej, lotniczej, geodezji, astronomii.
Kierunki główne i pośrednie najlepiej ilustruje róża wiatrów, którą wraz z polskimi i międzynarodowymi (angielskimi) skrótami kierunków przedstawia poniższy rysunek.
Przykładowe sposoby wyznaczania kierunku północnego w terenie:
- najstarszym i najprostszym przyrządem służącym do określania kierunków jest gnomon, czyli palik ustawiony prostopadle do 
powierzchni Ziemi; w słoneczny dzień gnomon rzuca cień, który zmienia swoją długość w zależności od położenia Słońca na niebie; w momencie południa Słońce osiąga najwyższy punkt na swojej pozornej drodze (góruje), a cień jest najkrótszy i skierowany na północ (na półkuli północnej); obserwację cienia ułatwiają współśrodkowe okręgi narysowane wokół gnomonu;
gnomonem może być każdy obiekt znajdujący się na Ziemi (także człowiek), który rzuca cień w momencie górowania Słońca;
- kierunek północny można też określić obserwując głazy, kamienie lub pnie drzew, które często pokryte są mchami i porostami (organizmy cieniolubne) właśnie od strony północnej; |  |
|
- w bezchmurną noc kierunek północny wskazuje Gwiazda Polarna; łatwo ją odszukać znajdując najpierw jasno świecące gwiazdy Wielkiego Wozu; następnie odległość między jego “tylnymi kołami” należy 5-krotnie odłożyć ku górze i wówczas natrafi się na jasną gwiazdę, która znajduje się na końcu “dyszla” Małego Wozu - to jest właśnie Gwiazda Polarna, zwana też Północną.- najsprawniej kierunek północny wyznacza się za pomocą kompasu; w przyrządzie tym swobodnie poruszająca się igła magnetyczna zwraca się ku biegunowi magnetycznemu Ziemi i ustawia w linii północ-południe. |  |
__________
WSPÓŁRZĘDNE GEOGRAFICZNE
Rozwój cywilizacji, coraz dokładniejsze poznawanie i lepsze rozumienie otaczającego świata skłoniły człowieka do stworzenia sobie możliwości jednoznacznego określenia położenia geograficznego dowolnego 
punktu na kuli ziemskiej. Najbardziej przydatną do tego celu okazała się sieć umownych linii – południków i równoleżników – pokrywająca powierzchnię Ziemi.
Południki i równoleżniki tworzą siatkę geograficzną, której obraz przedstawiany jest na mapach jako siatka kartograficzna. Pierwszą siatkę wykreślił już w II w. p.n.e. twórca systemu geocentrycznego Klaudiusz Ptolemeusz. Siatka geograficzna pozwala za pomocą dwóch współrzędnych geograficznych dokładnie określić położenie każdego punktu na Ziemi (z wyjątkiem biegunów, gdzie określona jest tylko jedna współrzędna – szerokość geograficzna).
Współrzędne geograficzne to:
- długość geograficzna ;
- szerokość geograficzna .
Miarą długości i szerokości geograficznej są stopnie kątowe:
1° (jeden stopień) = 60' (sześćdziesiąt minut)
1’ (jedna minuta) = 60'' (sześćdziesiąt sekund)
Długość geograficzną określa się za pomocą południków. Południki to umowne linie na powierzchni Ziemi łączące najkrótszą drogą biegun północny i południowy.
Cechy południków:
- wszystkie są równej długości (połowa obwodu Ziemi),
- mają kształt półokręgów,
- wyznaczają kierunek północ-południe,
- jest ich nieskończenie wiele,
- zbiegają się w biegunach.
|
|
Po przeciwnej stronie Ziemi znajduje się południk 180°. Płaszczyzna południków 0° i 180° dzieli Ziemię na 2 półkule: wschodnią i zachodnią. |  |
Długość geograficzna to kąt dwuścienny zawarty pomiędzy płaszczyzną południka 0° a płaszczyzną południka przechodzącego przez dowolny punkt na Ziemi. |  |
Wszystkie punkty położone na półkuli wschodniej mają długość geograficzną wschodnią (od 0° do 180°), a wszystkie punkty położone na półkuli zachodniej mają długość geograficzną zachodnią (także od 0° do 180°).
Przykładowe zapisy:
- 40° długości geograficznej wschodniej
- 40° E
Wyznaczając długość geograficzną punktów, przez które przechodzi południk 0° lub 180° nie określa się kierunku wschodniego czy zachodniego – południki te stanowią granicę między półkulą wschodnią a zachodnią. Natomiast długość geograficzna biegunów w ogóle nie jest określona, ponieważ zbiegają się w nich wszystkie południki.
Szerokość geograficzną określa się za pomocą równoleżników. Równoleżniki to umowne linie na powierzchni Ziemi prostopadłe do południków (patrz rysunek).
Cechy równoleżników:
- wszystkie są różnej długości (im bliżej biegunów tym krótsze),
- mają kształt okręgów,
- wyznaczają kierunek wschód-zachód,
- jest ich nieskończenie wiele,
- są do siebie równoległe.
Wyznaczenie równoleżnika początkowego – zerowego (0°) – było w zasadzie oczywiste. Uznano nim leżący w połowie odległości między biegunami, najdłuższy równoleżnik zwany równikiem. Natomiast bieguny to “równoleżniki” (punkty) o najwyższej wartości szerokości geograficznej (90°). |  |
Płaszczyzna równika dzieli Ziemię na dwie półkule: północną i południową. |  |
Szerokość geograficzna to kąt zawarty między płaszczyzną równika a promieniem ziemskim przechodzącym przez dowolny punkt na Ziemi. |  |
Przykładowe zapisy: |
Wszystkie punkty położone na półkuli północnej mają szerokość geograficzną północną (od 0° do 90°), a wszystkie punkty położone na półkuli południowej mają szerokość geograficzną południową (także od 0° do 90°).Wyznaczając szerokość geograficzną punktów, przez które przechodzi równik nie określa się kierunku północnego czy południowego – równik stanowi granicę między półkulą północną a południową.
Każdy punkt na Ziemi ma własne współrzędne geograficzne. Opisując je podaje się zarówno szerokość jak i długość geograficzną.
Na przykład na rysunku powyżej punkt B ma następujące współrzędne geograficzne:
30° długości geograficznej zachodniej
20° szerokości geograficznej południowej
lub w zapisie międzynarodowym:
30° W
20° S
W przypadku, gdy punkt jest położony pomiędzy pełnymi wartościami stopni określa się współrzędne geograficzne z dokładnością do minut (a nawet sekund) pamiętając, że:
1° = 60’
1’ = 60’’
Na przykład: |  |
Do wyznaczania współrzędnych geograficznych w terenie stosuje się obecnie odbiorniki GPS (Global Positioning System – Globalny System Nawigacji), które wykorzystują łączność satelitarną.