Geoid: Maa kuju, määratlus ja erinevus ellipsoidist

Geoid: selgitus ja võrdlus ellipsoidiga — avasta Maa tõeline füüsiline kuju, geodeesia põhimõtted ja praktilised mõõtmisvahendid selgelt ja lühidalt.

Geoid on Maa pinnaga sarnane kuju, mida sageli kujutatakse nagu veidi lapik apelsini. See on kolmemõõtmeline 3-D geomeetriline kuju, mida matemaatiliselt lähedase lihtsustatuna kirjeldatakse kui mingi ellipsoidi tüüpi keha. Mõnikord kasutatakse selliste kujude nimetust lapik sfäroid või spheroid, kuid geoid on neist eriline ja füüsiliselt määratletud pind.

Geoid on aga väga eriline lapik sferoid. See on määratletud järgmiselt:

Geoid on kuju, mille ookeanide pind võtaks ainult Maa gravitatsiooni ja pöörlemise mõjul, kui muud mõjud, näiteks tuuled ja looded, puuduksid.

Seda mõistet ja määratlust andis esimesena välja Gauss 1828. aastal. Geoidit kirjeldatakse sageli kui Maa tegelikku füüsilist kuju, sest see on ristsuunaliselt alati raja suhtes, mille kaudu liigutab end massi kohal gravitatsioonijõud (st geoid on Maa gravitatsioonipotentsiaali konstantse väärtuse pind). Maa mõõtmiste ja kuju uurimist nimetatakse geodeesiaks.

Mis vahe on geoidil ja ellipsoidil?

Võrdlusellipsoid ehk matemaatiline ellipsoid on sile, sümmeetriline ja lihtsasti kirjeldatav pind, mida geodeesias kasutatakse praktilise mõõtmete ja kaartide koostamise alusena. Ellipsoid määratakse mõne parameetriga (näiteks pooltelgede pikkus ja lamedus) ning selle abil on GPS- ja muud satelliitsüsteemid lihtsamini hallatavad.

Geoid seevastu on füüsikaline equipotentsiaalpind – see tähendab pinda, millel on ühesugune gravitatsioonipotentsiaal. Geoid on ebakorrapärane (mitte-suvine) ning selle kuju mõjutavad Maa sisemised massijaotused ja merenõlvad. Seetõttu erineb geoid tavaliselt mõnekümne kuni paarsaja meetri ulatuses võrreldusellipsoidist (sõltuvalt regioonist võib erinevus olla kümneid kuni üle saja meetri).

Kasutus ja tähendus

• Geoid on oluline referentspind, mille suhtes määratakse ortomeetrilised kõrgused (kõrgus merepinnast ehk "mean sea level").
• GPS ja muud satelliitsüsteemid annavad kõrguse suhtes ellipsoidi; selle teisendamiseks ortomeetriliseks kõrguseks kasutatakse geoidi mudelit (geoidikõrguse N abil: ortomeetriline kõrgus H ≈ ellipsoidkõrgus h − N).
• Geoidimudelid aitavad täpsustada ka gravimetrilisi analüüse, merepinna uuringuid, hüdrodünaamikat ja tsüklonaalsete protsesside uurimist.

Kuidas geoidit määratakse?

Geoidimudeleid saadakse erinevate andmete kombinatsioonist:

• maapinna ja maapinna lähedal tehtavad gravimeetrilised mõõtmised;
• satelliitgravimeetria (näiteks missioonid nagu GRACE ja GOCE), mis mõõdavad Maa gravitatsioonivälja globaalset jaotust;
• satelliitaltimeetria ja merede tasemeandmed, mis annavad teavet keskmise merepinna kujunemise kohta;
• täpsed nivelleerimised ja geodeetilised mõõdistused.

Praktilised mudelid ja täpsus

Rahvusvaheliselt tuntud globaalsete geoidimudelite hulka kuuluvad näiteks EGM (Earth Gravitational Model) seeria mudelid (nt EGM96, EGM2008). Lisaks on paljudel riikidel ja piirkondadel oma regionaalsed kõrge resolutsiooniga geoidi- või kvasigeoidimudelid, mis annavad lokaalselt suurema täpsuse. Geoidimudeli täpsus sõltub andmete tihedusest ja kvaliteedist; piirkondades, kus on palju gravimeetrilisi mõõtmisi ja satelliitandmeid, võib täpsus olla sentimeetrite tasemel, mujal piisavalt täpseid väärtusi tagavad hoopis mõõtmisvõrgustikud.

Lõppsõna

Lihtsustatult võib meelde jätta: ellipsoid on matemaatiline, sile võrdluskuju, mida on mugav kasutada satelliitgeodeesias ja kaartidel; geoid on Maa füüsilise gravitatsioonivälja tõttu kujunenud ebaregulaarne pind, mis vastab keskmisele merepinnale ja on oluline ortomeetriliste kõrguste määramisel ning täpsemates geodeetilistes rakendustes. Ühtekokku võimaldavad geoidi ja ellipsoidi kombineeritud mudelid tõlkida satelliitidest saadud kõrgused reaalseks kõrguseks merepinnast ning toetavad paljusid rakendusi alates ehitusest kuni globaalse kliimauuringuni.

Küsimused ja vastused

K: Mis on geoid?

K: Kuidas on geoid määratletud?

K: Kes ja millal määratles geoidi?

K: Mis on geodeesia?

K: Miks kasutada geoidi asemel võrdlusellipsoidi?

K: Kuidas kirjeldatakse Maa kuju põhihariduses?

K: Kas geoidiga sarnaseid kujundeid leidub ka teistel taevakehade pöörlevatel sfääridel?

Otsing