Кіріспе
Жердің гравитациялық өрісінің физикалық қасиеттерін зерттеу. Физикалық геодезия – Жердің гравитациялық өрісі мен оның потенциалдық өрісін (геопотенциал) геодезияда қолдану үшін зерттеу пәні.
Physical geodesy is the study of the physical properties of Earth's gravity and its potential field (the geopotential), with a view to their application in geodesy.
Өлшеу тәртібі
Дәстүрлі геодезиялық аспаптар, мысалы, теодолиттер, тік өсін жергілікті вертикаль бағытына немесе жергілікті толық сызығына келтіру үшін ауырлық күші саласына сүйенеді, бұл спирт деңгейінің көмегімен жүзеге асырылады. Содан кейін, тік бұрыштар (зениттік бұрыштар немесе, альтернативті түрде, көтерілу бұрыштары) осы жергілікті вертикальға қатысты, ал көлденең бұрыштар – вертикальге перпендикуляр жергілікті горизонт жазықтығында алынады. Жер бетіндегі нүктелер арасындағы геопотенциалдық айырмашылықтарды анықтау үшін деңгейлеу аспаптары қайта қолданылады. Бұл айырмашылықтар метрикалық бірліктерге түрлендіру арқылы "биіктік" айырмашылықтары түрінде көрсетілуі мүмкін.
Бірліктер
Гравитация әдетте м·с−2 (метр/секунд квадрат) бірліктерімен өлшенеді. Бұл сондай-ақ (бірлікті өзгерту үшін гравитациялық тұрақты G-ге көбейту арқылы) тартылатын массаның килограмына шаққанда Ньютонмен де көрсетілуі мүмкін. Потенциал – гравитацияға қашықтықты көбейту арқылы алынады, м2·с−2. 1 м·с−2 күшті гравитация векторының бағытында бір метр қашықтыққа жылжу потенциалды 1 м2·с−2-ге арттырады. G-ді көбейтуші ретінде пайдаланып, бірліктерді тартылатын массаның килограмына шаққанда джоульге айналдыруға болады. Көбірек қолданылатын бірлік – GPU, яки геопотенциалдық бірлік: ол 10 м2·с−2-ге тең. Яғни, тік бағытта, атап айтқанда 9,8 м·с−2 қоршаған ортаның гравитация бағытында бір метр жылжу потенциалды шамамен 1 GPU-ға өзгертеді. Демек, бір нүктенің геопотенциалы мен теңіз деңгейінің геопотенциалы арасындағы айырмашылықты GPU-да "теңіз деңгейінен" биіктіктің шамамен өлшемі ретінде қолдануға болады.
Геоид
Жердің нақты гравитациялық өрісінің тұрақсыздығына байланысты, теңіз суының тепе-теңдік пішіні, яғни геоид та тұрақсыз болады. Мысалы, Ирландияның батысындағы кейбір жерлерде геоид – математикалық орташа теңіз деңгейі – GRS80 айналмалы симметриялық анықтамалық эллипсоидінен 100 метрге дейін жоғары көтеріледі; ал Шри-Ланкаға жақын жерлерде ол эллипсоидтың астына шамамен сондай мөлшерде түседі. Геоид пен анықтамалық эллипсоид арасындағы қашықтық геоидтың толқындылығы деп аталады. Геоид, немесе математикалық орташа теңіз беті, теңіздерде ғана емес, құрлық астында да анықталады; егер теңіз суы құрлық астында еркін қозғалуға рұқсат етілсе (мысалы, туннельдер арқылы), онда осы тепе-теңдік су беті пайда болар еді. Техникалық тұрғыдан алғанда, бұл – нақты геопотенциалдың эквипотенциалдық беті, орташа теңіз деңгейімен сәйкес келеді. Теңіздің орташа деңгейі әртүрлі елдер мен құрлықтардың жағалауларындағы су өлшегіштермен физикалық түрде анықталғандықтан, динамикалық теңіз беті топографиясының салдарынан бірнеше сантиметрден бір метрге дейінгі айырмашылықтары бар, сәл үйлесімсіз "жақын геоидтар" пайда болады. Бұлар вертикальдік даталар немесе биіктік даталары деп аталады. Жер бетіндегі әрбір нүкте үшін, тартылыс күшінің немесе тік бағыттың жергілікті бағыты, тік сызықпен бекітілген, геоидқа перпендикуляр болады (астрогеодезиялық деңгейлеуді қараңыз).
The geoid, or mathematical mean sea surface, is defined not only on the seas, but also under land; it is the equilibrium water surface that would result, would sea water be allowed to move freely (e. g., through tunnels) under the land. Technically, an equipotential surface of the true geopotential, chosen to coincide (on average) with mean sea level. As mean sea level is physically realized by tide gauge bench marks on the coasts of different countries and continents, a number of slightly incompatible "near geoids" will result, with differences of several decimetres to over one metre between them, due to the dynamic sea surface topography. These are referred to as vertical datums or height datums. For every point on Earth, the local direction of gravity or vertical direction, materialized with the plumb line, is perpendicular to the geoid (see astrogeodetic leveling).