ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ поле
силы тяжести; силовое поле, обусловленное притяжением (тяготением) Земли
и центробежной силой, вызванной её суточным вращением. Зависит также (незначительно)
от притяжения Луны, Солнца и др. небесных тел и масс земной атмосферы.
Г. п. 3. характеризуется силой тяжести (см. Гравиметрия), потенциалом силы
тяжести и различными производными от него. Потенциал имеет размерность
см²*сек^-2. За единицу измерения первых производных
потенциала, в т. ч. силы тяжести, в гравиметрии принимается миллигал (мгл),
равный 10^-3 см*сек^-2, а вторых производных - этвеш
(Е), равный 10^-9 сек^-2. Часть потенциала силы тяжести,
обусловленная только притяжением масс Земли, наз. потенциалом земного притяжения,
или геопотенциалом.

Для решения практич. задач потенциал
земного притяжения представляется в виде ряда

где-
геоцентрич. расстояние;
- геогр. широта и долгота точки, в к-рой рассматривается потенциал; P- присоединённые функции Лежандра; GE- произведение постоянной тяготения
на массу Земли, равное 398 603*10⁹ м³*сек^-2;
а - большая полуось Земли; Скоэффициенты, зависящие от фигуры Земли и внутр. распределения масс в ней.
Гл. член ряда
соответствует потенциалу притяжения шара с массой Земли. Второй по величине
член (содержащий Скоэффициенты к-рых на три порядка и более меньше, чем Сдетали фигуры и строения Земли. Из-за отсутствия точных данных об истинном
распределении масс внутри Земли и о её фигуре невозможно непосредственно
вычислить коэффициенты Скосвенно по совокупности измерений силы тяжести на поверхности Земли и
по наблюдениям возмущений в движении близких искусственных спутников Земли
(ИСЗ). В табл. приведены результаты определения коэффициентов разложения,
установленные на основе наблюдений движения ИСЗ. Аналогичными рядами описывается
поле силы тяжести Земли. Для удобства решения различных задач Г. п. 3.
условно разделяется на нормальную и аномальную части. Основная- нормальная
часть, описываемая неск. первыми членами разложения, соответствует идеализированной
Земле ("нормальной" Земле) простой геом. формы и с простым распределением
плотности внутри неё. Аномальная часть поля меньше по величине, но имеет
сложное строение. Она отражает детали фигуры и распределения плотности
реальной Земли. Нормальная часть поля силы тяжести рассчитывается по формулам
распределения ускорения нормальной силы тяжести.
В СССР и др. социалистич. странах наиболее часто используется формула Гельмерта
(1901-09):

Формула Кассиниса (1930), называемая
международной, имеет вид:

Существуют другие, менее распространённые,
формулы, учитывающие небольшое долготное изменение,
а также асимметрию Сев. и Юж. полушарий. Ведётся подготовка к переходу
к единой новой формуле с учётом уточнённого абс. значения силы тяжести.
С помощью формул распределения нормальной силы тяжести, зная высоты пунктов
наблюдений, а также строение окружающего рельефа и плотности слагающих
его пород, вычисляют аномалии силы тяжести, к-рые применяются для решения
большинства задач гравиметрии.

Потенциал силы тяжести используется
при изучении фигуры Земли, близкой к уровенной поверхности Г. п. 3., а
также в астродинамике при изучении движения искусственных спутников в Г.п.З.
(уровенной наз. поверхность, во всех точках к-рой потенциал имеет одинаковое
значение; сила тяжести направлена к ней по нормали). Одна из уровенных
поверхностей, к-рая совпадает с невозмущённой средней поверхностью океанов,
наз. геоидом. По направлению силы тяжести устанавливается отвес и определяется
положение астрономич. зенита. Поскольку уклонения отвеса приближённо равны
отношению горизонтальной составляющей при-

Коэффициенты (умноженные на 10^В)
разложения потенциала земного притяжения в ряд по сферическим функциям,
определённые по наблюдениям движения искусственных спутников Земли (по
данным Смитсоновской астрофизической обсерватории, США, опубл. 1970) тяжения
к силе тяжести, то знание их величин в определённом смысле позволяет судить
и о Г.п.З.

Вторые производные потенциала силы
тяжести применяются при решении геологоразведочных и геодезич. задач. Вертикальный
градиент силы тяжести, соответствующий нормальной части Г. п. 3., от полюса
к экватору изменяется всего на 0,1% от его полной величины, равной в среднем
для всей Земли 3086 этвеш. Намного меньше по абс. величине нормальные горизонтальные
градиенты силы тяжести и вторые производные потенциала силы тяжести, характеризующие
кривизну уровенной поверхности Земли. Аномальная часть вторых производных
потенциала позволяет судить о плотностных неоднородностях в верхних частях
земной коры. По величине она достигает в равнинных местах десятков, а в
горных - сотен этвеш. В гравиметрической разведке, помимо вторых производных
потенциала силы тяжести, используются третьи производные потенциала, получаемые
путём пересчёта по аномалиям силы тяжести. Сила тяжести измеряется гравиметрами
и маятниковыми приборами, а вторые производные потенциала силы тяжести
- гравитационными вариометрами.

Лит.: Жонголович И., Внешнее гравитационное
поле Земли и фундаментальные постоянные, связанные с ним, "Тр. Ин-та теоретической
астрономии", 1952, в. 3; Бровар В. В., Магницкий В. А., Шимбирёв Б. П.,
Теория фигуры Земли, М., 1961; Грушинский Н. П., Теория фигуры Земли, М.,
1963.

М. У. Сагитов, В. А. Кузиванов.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я