Введение

Изучение физических свойств гравитационного поля Земли.

Физическая геодезия – это изучение физических свойств гравитационного поля Земли и ее потенциального поля (геопотенциала) с целью их применения в геодезических задачах.

Процедура измерения

Традиционные геодезические инструменты, такие как теодолиты, используют гравитационное поле для ориентации своей вертикальной оси по местному отвесу или местному вертикальному направлению с помощью уровня. После этого вертикальные углы (зенитные углы или, альтернативно, углы наклона) измеряются относительно этого местного вертикального направления, а горизонтальные углы – в плоскости местного горизонта, перпендикулярной вертикали. Нивелиры используются для определения разностей геопотенциала между точками на поверхности Земли. Эти разности затем могут быть выражены как разности высот путем пересчета в метрические единицы.

Единицы

Гравитация обычно измеряется в единицах м·с−2 (метры в секунду в квадрате). Это также может быть выражено (путем умножения на гравитационную постоянную G для смены единиц измерения) как ньютоны на килограмм притягиваемой массы. Потенциал выражается как гравитация, умноженная на расстояние, м2·с−2. Перемещение на один метр в направлении гравитационного вектора величиной 1 м·с−2 увеличит ваш потенциал на 1 м2·с−2. Снова используя G в качестве множителя, единицы можно изменить на джоули на килограмм притягиваемой массы. Более удобной единицей является GPU, или геопотенциальная единица: она равна 10 м2·с−2. Это означает, что перемещение на один метр в вертикальном направлении, то есть в направлении действующей гравитации 9,8 м·с−2, приблизительно изменит ваш потенциал на 1 ГПУ. А это, в свою очередь, означает, что разница в геопотенциале, выраженная в ГПУ, между точкой и уровнем моря может служить приблизительной мерой высоты "над уровнем моря" в метрах.

Геоид

Из-за нерегулярности истинного гравитационного поля Земли, фигура равновесия морской воды, или геоид, также будет иметь нерегулярную форму. В некоторых местах, например, к западу от Ирландии, геоид – математический средний уровень моря – поднимается на 100 м выше регулярного, вращательно-симметричного эталонного эллипсоида GRS80; в других местах, например, вблизи Шри-Ланки, он опускается под эллипсоид почти на ту же величину. Различие между геоидом и эталонным эллипсоидом называется волнообразностью геоида, обозначается символом [символ]. Геоид, или средняя математическая поверхность моря, определяется не только на морях, но и под сушей; это равновесная поверхность воды, которая образовалась бы, если бы морская вода могла свободно перемещаться (например, через туннели) под землей. Технически, это эквипотенциальная поверхность истинного геопотенциала, выбранная таким образом, чтобы в среднем совпадать со средним уровнем моря. Поскольку средний уровень моря физически реализуется с помощью реперов приливных постов на побережьях различных стран и континентов, возникает ряд слегка несовместимых "локальных геоидов" с разницей в несколько дециметров и более одного метра между ними из-за динамической топографии морской поверхности. Они называются вертикальными датами или высотными датами. Для каждой точки на Земле местное направление силы тяжести или вертикальное направление, определяемое с помощью отвеса, перпендикулярно геоиду (см. астрогеодезическую нивелировку).