不久前,大约1-2年之内,在中文互联网上流传了如下一幅图,大概是说去掉海洋之后, 地球是这样一个土豆形状。

geoid

然而经过简单的估算就能发现,这样一个不足650像素宽的图片上, 是不可能用如此巨大的差异表现出地球的形状的。

例如,地球的半径根据WGS84的近似,是6378千米。

在这样的尺度上,9千米的高度(超过珠穆朗玛峰的海拔高度)相对于地球半径的比例是:

\[ \frac{9000}{6378000} = 0.0014111 \times 100\% = 0.14111\% \]

也就是说这个长度占地球半径还不到百分之一,甚至不到千分之二的大小。

这是什么概念呢?假如我们拿一把米尺, 那么如果这把尺上1米的长度来画地球的半径, 则珠峰的高度按照比例来画,还不到2个毫米。

如果我们用一个圆圈表示半径是6378千米的地球,那么珠峰的高度是:

9km

这个图中,黑色线段露出那段红色的弧(表示地球平均表面)的长度, 就是地表上9km的高度(比珠峰还高200米左右)。

那么,那个图是什么图呢?

偶然的机会让我碰到了一份德语杂志,《Sterne und Weltraum》(星星与世界空间》。 在这份杂志2002年8月的一篇文章上,我找到了这个图。

这个图的外号叫做“波茨坦的土豆”, 学名叫Geoid, 中文名称叫做”大地水准面“。

根据中文维基百科的介绍:

大地水准面是一个假想的由地球自由静止的海水平面扩展延伸而形成的闭合曲面。 通常是被认为是地球真实轮廓。它所包围的形体成为大地体。 因为大地体的形状和大小非常接近自然地球的形状和大小,并且位置比较稳定, 因此,在大范围的区域内,一般选取大地水准面作为外业测量成果的共同基准面。 大地水准面这一概念最早在1873年由德国数学家利斯廷(Johann Benedict Listing)提出。

根据上面所提到的德语杂志,笔者又进一步找到了如下解释:

Die in Abb. 1 gezeigte Fläche wird bildhaft als »Potsdamer Kartoffel« bezeichnet, weil der graphischen Darstellung ein am Geo-ForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam berechnetes Modell zugrunde liegt. Wissenschaftlich wird diese Fläche als »Geoid« bezeichnet, wobei im Bild lediglich die Abweichungen vom Rotationsellipsoid (Abb. 2) in sehr starker Überhöhung dargestellt sind. Das Geoid folgt über den Ozeanen bis auf zwei Meter genau dem Niveau des Meeresspiegels und setzt sich im Bereich der Kontinente als gedachter Meeresspiegel unter der Topographie fort.

插图1(即这个所讨论的土豆形状的图——译者即笔者注)显示的表面被形象地称呼为“波茨坦的土豆”, 因为这个图像化的表示正是基于波茨坦的地球研究中心(GFZ)的计算模型得到的。 这个平面的更科学的表达方式是“大地水准面”,图中将这一和旋转椭球面之间的差距极大地夸张了。 大地水准面在海洋上方区域按照2米的精度确定了水面位置,而在大陆区域按照想象的水面被继续延伸。

Gedanklich ergäbe sich das Geoid als Gleichgewichtsfigur der Erde, wenn ihre Oberfläche vollständig mit in Ruhe befindlichem Wasser bedeckt wäre. Die Schwerkraft ist auf dem Geoid nicht überall gleich, wirkt jedoch immer senkrecht zur Geoidoberfläche, d.h. ein Wassertropfen auf dieser Oberfläche würde sich trotz ihrer Beulen und Dellen nicht von der Stelle bewegen. Deshalb wird das Geoid in der Landesvermessung auch als Bezugsfläche »Normal Null« für die Angabe der topographischen Höhen benutzt.

想象中来看,这个大地水准面是一个表面被无运动的水包覆的地球的等重力面。 在大地水准面上,重力在各处并不相等,然而总是垂直于大地水准面。 如果这个表面上有一个水滴,它并不会因为各处的坑坑洼洼而流动。 因此,大地水准面在测量大地时也作为参考零面,用于给出地理高度时使用。

geo_darstellung

上图说明:在图1中大地水准面和和参考椭球的差别在地理图像上显示。 差别范围在-110米(深蓝色)到+90米(深红色)之间。

总结

根据以上介绍,我们知道:

  1. 地球,不管是肉眼,还是用卫星,看上去还是相当圆的。
  2. 本文所讨论的图,并不是直接去掉地球上的水就能看到的样子。 本图中的灰色大陆是人为绘制的,只有海洋区域有含义。 但即使如此,海洋区域的图形也不表示海洋区域的地理形象。 正好相反:大地水准面是有水情况下的轮廓。
  3. 本图表示的是参考海平面的不一致,和实际地理景象无关。 而且参考海平面的不一致(与理想情况的旋转椭球体相比)也被拉大了。
  4. 媒体要提高自己的知识水平。