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Qual è la forma reale della Terra? Laboratorio di scienze per bambini

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I membri della spedizione francese, che arrivarono in Guiana nel 1672, scoprirono una strana discrepanza nelle letture del tempo tra orologi a pendolo e orologi a molla. Vicino all'equatore, le lancette degli orologi a pendolo erano indietro di 2,5 minuti. Solo quindici anni dopo, quando I. Newton dimostrò teoricamente che la forma della Terra è diversa dalla palla, divenne possibile spiegare questo fatto.

Il suo ragionamento si riduceva a quanto segue. Se immaginiamo due canali che escono dal centro della Terra verso il Polo Nord e verso l'equatore, e assumiamo che l'acqua non trabocchi né dall'equatore al polo né viceversa, allora entrambe le colonne di liquido sono in equilibrio. Poiché le forze centrifughe causate dalla rotazione della Terra riducono leggermente la forza di gravità nel canale equatoriale, quindi, dopo aver effettuato il calcolo appropriato, Newton è giunto alla conclusione che il raggio equatoriale è 22 km più grande di quello polare. Da ciò è seguita la conclusione: il globo non è affatto una sfera, ma un ellissoide.

Per più di cento anni, i dati di Newton sono rimasti i più accurati. Quindi, utilizzando strumenti astronomici, gli scienziati hanno misurato la lunghezza di un parallelo di un grado all'equatore e vicino al polo. Le misurazioni continuarono fino alla metà del nostro secolo, quando nel 1948 il geometra inglese G. Jeffrey stabilì che la discrepanza tra i raggi terrestri era di 32,7 km. Ma questo valore non era il più accurato.

Fig. 1. Se calcoliamo la media delle fluttuazioni del geoide sui meridiani, la figura risultante assomiglierà a una fetta di pera.

Dopo il lancio del primo satellite, gli scienziati hanno scoperto una deviazione inaspettata della sua orbita da quella calcolata. Quando ha sorvolato le regioni equatoriali, alcune forze hanno cambiato il piano dell'orbita, che si è gradualmente spostato verso ovest a una velocità di otto gradi al giorno. Questo valore è stato misurato con elevata precisione. Ed ecco cosa hanno scoperto gli scienziati. La differenza di raggio influisce sul cambiamento dell'orbita del satellite allo stesso modo di un orologio a pendolo. Grazie agli strumenti estratti dalla Terra, è stato possibile correggere le misurazioni di G. Jeffrey: la differenza di raggio è aumentata di altri 200 M. L'ultimo risultato piuttosto non è piaciuto, ma ha sconvolto gli scienziati. Dopotutto, non ha confermato i risultati dei geodeti, che a quel tempo avevano misurato accuratamente tutti i continenti con una precisione di 9 M. Si è scoperto che il modello della Terra - un globo - non era corretto. O forse, al contrario, i risultati ottenuti dai satelliti non sono corretti. Tutto ciò ha portato gli scienziati a pensare che considerare la Terra anche solo come un ellissoide significasse semplificare troppo il quadro.

Quando studiano le proprietà acustiche di una corda, gli scienziati scompongono le vibrazioni di forma complessa nel tono fondamentale e nelle armoniche sinusoidali delle frequenze più alte. Lo stesso principio è stato utilizzato per determinare la forma della Terra, ma invece di una corda, hanno preso una superficie sferica ideale. In sequenza, una dopo l'altra, sono state sovrapposte tutte le armoniche, che sono state determinate in base alla loro influenza sull'orbita del satellite. Ecco la prima armonica: zero. Mostra una palla il cui centro di massa è nel piano equatoriale. La seconda armonica è a due lobi, ellissoidale. Il terzo è a tre petali, simile a una fetta di pera, e così via.

Fig. 2 Lo studio delle armoniche pari e dispari ha aiutato gli scienziati a costruire la forma esatta del nostro pianeta

Anche le armoniche - la seconda, la quarta, la sesta, l'ottava, ecc.

Le armoniche dispari - la terza, la quinta, la settima, ecc. - cambiano il perigeo - la distanza della minima distanza del satellite dalla superficie terrestre. Ciò si verifica principalmente quando il satellite passa dall'emisfero settentrionale a quello meridionale e, come un elettrone, "salta" in un'orbita lontana. Misurando diverse orbite con diverse inclinazioni rispetto all'equatore, siamo anche riusciti a determinare i valori di tutte le armoniche dispari.

Quando gli scienziati hanno sommato tutte le armoniche, il modello della Terra si è rivelato molto complesso: tagliato mentalmente attraverso i poli, sembrerebbe una fetta di pera con un manico al Polo Nord. Ma i lati del feto non sembrerebbero perfettamente uniformi. Elevazioni e depressioni possono essere trovate in molte parti. Nella foto vedete come lo scienziato americano M. Kaula rappresenta il nostro pianeta. Sulla mappa del contorno, le isoline mostrano differenze di elevazione - geoidi - la superficie condizionale della Terra senza il suo rilievo naturale, su cui si riversano le acque dell'Oceano Mondiale. Più precisamente, il geoide è inteso come una superficie in cui l'entità dell'accelerazione terrestre è sempre la stessa.

Per comprendere meglio questo quadro complesso, facciamo un viaggio immaginario sulla superficie dell'acqua del geoide attorno all'equatore. Partiamo dal punto di 20° di longitudine est in Africa ad est. All'inizio saremo al livello zero, quindi, a una distanza reale dal centro della Terra - 6378 km. Per rimanere al livello del mare durante l'attraversamento del fiume Congo, dovremo realizzare un tunnel. Nell'Oceano Indiano, ci avvicineremo gradualmente al centro del pianeta, raggiungendo la sua massima immersione a 70° est. Qui il centro della Terra è più vicino di 79 M. Nel nord della Nuova Guinea, dovremo salire fino a un'altezza di 67 M. L'ulteriore percorso passerà senza molte discese e salite, perché nel mezzo del Pacifico Oceano stiamo galleggiando su una superficie con un livello zero. Quindi scenderemo 20 m sotto il livello al largo della costa del Sud America. E infine, torneremo al punto di partenza da dove abbiamo iniziato il nostro viaggio.

L'immagine costruita della superficie terrestre, a quanto pare, ha completato il lavoro iniziato da Newton. Ma gli scienziati continuano a cercare una risposta alla domanda: come e come spiegare la presenza di gigantesche elevazioni e depressioni sulla superficie del nostro pianeta? Recentemente, un nuovo modello della struttura della Terra è stato sviluppato dallo scienziato ungherese Accademico D. Barta. Con calcoli precisi e osservazioni sulla variazione del campo magnetico, ha dimostrato che il nucleo terrestre non si trova al centro del nostro pianeta, ma è spostato di 450 km in direzione dell'Australia.

Ora dai un'altra occhiata alla mappa di M. Kaul. Una sorprendente coincidenza: in questa parte della superficie terrestre c'è anche la massima elevazione. Ma ci sono altri due rilievi sulla mappa, uno nella regione dell'Europa occidentale, l'altro tra l'Africa e l'Antartide. Ci sono nuove ipotesi. È possibile che il nucleo centrale, come la superficie del nostro pianeta, non sia una sfera. Molto probabilmente, questa gigantesca goccia di sostanze fuse, compressa da una pressione mostruosa, assomiglia a una patata con escrescenze che non rimangono al loro posto. Lentamente, con velocità quasi impercettibile, scorrono da un bordo all'altro. E nel tempo con loro, le alture e le depressioni sulla superficie si muovono, la forma della crosta terrestre cambia, si formano le montagne.

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