Dünya'nın şekli

Dünya'nın şekli, jeodezide, Dünya gezegenini modellemek için kullanılan kimi boyut ve şekillerdir. Şekil türü, model için gereken hassasiyet dahil olmak üzere, çoğunlukla uygulama alanına dayalı olarak farklılaşmaktadır. Küresel şekilli bir Dünya diğer birçok amaçla birlikte coğrafya ve astronomi için tatmin edici olan genel kabul görmüş tarihsel bir yaklaşımdır. Oldukça kesinliğe sahip olan kimi modeller zaman içinde geliştirilmiş olup, böylece koordinat sistemleri navigasyon, yerölçme, kadastro, arazi kullanımı ve diğer çeşitli konuların kesin ihtiyaçlarına hizmet edebilir hale gelmiştir.

 Amaç 
Dünyanın topoğrafik yüzeyinde, yer şekilleri ve sulak alanlarının, okyanusların çeşitliliği belirgindir. Bu topoğrafik yüzey genellikle jeofizikçilerin, hidrografların ve topoğrafların çalışma alanını oluşturmaktadır. Dünyaya ilişkin ölçümlerin yapıldığı belirgin bir yüzeyin var olmasına rağmen, düzensizlikleri dikkate alarak bunu matematiksel olarak modellemek son derece karmaşıktır.

Pisagorcu küresel Dünya kavramı, matematiksel olarak ele alınması kolay olan sade bir yüzey imkanı sunmaktadır. Birçok astronomik ve navigasyon hesaplamaları, Dünya'ya oldukça benzer bir model olan küre şeklini kullanır. Ancak, tamamen lokal olanın ötesindeki ölçeklerde mesafeleri ve alanları ölçmek için daha hassas bir şekle ihtiyaç duyulmaktadır. Tüm yüzeyin basık bir sferoid olarak modellenmesi, geoide en yakın küresel harmoniklerin kullanılması ya da bir bölgenin en uygun referans elipsoidi ile modellenmesi yoluyla daha iyi yaklaşımlar elde edilebilir.

Küçük alanların araştırılması sürecinde, yerel topoğrafyanın küresel eğriliği baskılaması nedeniyle Dünya'nın yüzeyinin düzlemsel bir modelinin kullanılması yeterli olmaktadır. Düzlem masası araştırmaları tüm Dünya'nın boyutu ve şekli göz önüne alınmaksızın göreceli olarak daha küçük alanlar için yapılmaktadır. Örneğin, belirli bir alanın veya bir kentin araştırması bu yöntem kullanılarak gerçekleştirilir. 
küçükresim|Dünyanın merkezine göre Dünya'nın topoğrafik görünümü
1600'lü yılların sonlarında, Dünya'yı elipsoit şeklinde olacak biçimde modelleyebilmek için Jean Picard'ın Paris meridyeni boyunca, bir yay derecesi ölçümü ile başlayan çok ciddi çabalar gösterilmiştir. Gelişen haritalar, mesafelerin daha kesin hesaplamaları ve ulusal egemenlik alanları bu erken dönem çabalarını teşvik etmiştir. Araçlarda ve teknik araştırmalardaki gelişmeler takip eden yüzyıllarda da sürmüştür. Dünyanın şeklinin modelleri bu aşamada gelişmiştir.

20. yüzyılın ortalarında, yer bilimleri araştırmaları Dünya'nın şeklinin kesin olarak tespit edilmesinde ciddi gelişmelere katkı sağlamıştır. İlk başta bu gelişmiş kesinlik durumundan elde edilen fayda balistik füzelerin eylemsizlik yönlendirme sistemleri için coğrafi ve yerçekimsel verilerini sağlamak hususunda ortay çıkmıştır. Bu durum finansman, aynı zamanda yerbilimsel disiplinlerin  birçok üniversitenin yerbilim bölümlerinin oluşturulması veya genişletilmesinin teşvik edilmesiyle hızlanmıştır. Bu gelişmeler, Dünya'nın şeklinin kesin modelleri olmaksızın uygulamaya alınamayacak hava durumu, iletişim uydu kontrolü ve GPS yer tespit sistemi gibi birçok sivil uğraşa da fayda sağlamıştır.

 Modeller 
Bir sferoid birbirinden farklı iki mesafe ölçüsüyle tanımlanır ve oluşturulur. Jeodezide bu iki hesaplamayı ifade etmek için çeşitli kurallar kullanılmaktadır, ancak bunların hepsi birbirine eşdeğerdir ve birbirine dönüştürülebilir:

 Küresel 

küçükresim| İspanya kıyısındaki 20 km genişliğindeki körfezin üzerinden bir manzara. Görüntünün karşısındaki ufukta Dünya'nın eğriliği belirgindir ve uzak kıyıdaki binaların tabanları bu ufkun altında ve deniz tarafından gizlenmiştir.
Tüm Dünya'nın şeklini yansıtan en basit model küredir. Dünya'nın yarıçapı, Dünya'nın merkezinden yüzeyine olan yaklaşık  mesafedir. "Yarıçap" normalde mükemmel kürelerin bir özelliği olsa da, Dünya küreselden sadece yüzde üç oranında sapma gösterir, bu da onu birçok bağlamda bir küre olarak ele almak ve "Dünya'nın yarıçapı" terimini haklı çıkarmak için yeterince uygundur.

Küresel dünya konsepti M.Ö. 6. yüzyıl dönemine kadar geriye götürülebilir ancak bu konsept M.Ö. 3. yüzyıla dek filozofik varsayımın bir öğesi olarak kalmıştır. Dünyanın yarıçapının ilk bilimsel tahmini Eratosthenes tarafından M.Ö. 240 yılı civarında %-1 ila %15 aralığındaki hata payı ile yapılmıştır.

Dünyanın küreselliği yaklaşık olarak kabul edilmektedir, bu nedenle tek bir değer doğal yarıçapı olarak kabul edilmemektedir. Yüzeydeki noktaların herhangi birinden merkeze olan mesafeler  ila  arasında değişmektedir. Dünya'yı küre olarak modellemenin birkaç farklı yolunun her biri ortalama  mesafelik bir yarıçap hesaplar. Modelden bağımsız olarak, herhangi bir yarıçap, yaklaşık  olan kutupsal minimum ve ekvatoral maksimum mesafenin  arasında bir değere isabet eder. 'lik fark kutup yarıçapının ekvator yarıçapından yaklaşık %0,3 daha kısa olmasına karşılık gelir.

 Devinim elipsoidi 

küçükresim| Gerçek Dünya'ya göre oldukça abartılı, basık bir küremsi
küçükresim| 2003 IERS referans elipsoidinin basıklığının, kuzey üstte olacak şekilde ölçek diyagramı. Koyu mavi çizginin dış kenarı, Dünya'nınkiyle aynı dış merkezliliğe sahip bir elipstir . Karşılaştırma için, içindeki açık mavi dairenin çapı elipsin yan eksenine eşittir. Kırmızı eğri Karman hattı  temsil eder deniz seviyesinin üstünde, sarı bant ise ISS'nin alçak Dünya yörüngesindeki rakım aralığını gösterir.

Dünya kutuplarda basık, yassılaşmış ve Ekvator'da şişkin olduğundan, jeodezi Dünya'nın şeklini basık bir sferoid olarak tanımlamaktadır. Basık sferoid ya da basık elipsoid, bir elipsin kısa ekseni etrafında döndürülmesiyle elde edilen bir devinim elipsoididir. Bu, yerkürenin şekil yapısına en çok uyan düzenli geometrik şekildir. Dünya'nın veya başka bir gök cisminin şeklini tanımlayan bir sferoide referans elipsoidi denir. Dünya için referans elipsoidine Dünya elipsoidi denir.

Dünyanın şekline ilişkin modeller kullanım alanlarına, karmaşıklığına, büyüklük ve biçimsel olarak kesinliğine göre çeşitlilik arz etmektedir.

 Ekvator yarıçapı  (yarı büyük eksen olarak adlandırılır) ve kutup yarıçapı  (yarı küçük eksen olarak adlandırılır);
  ve eksantriklik  ;
  ve düzleştirme  .

Dış merkezlik ve düzleşme, elipsoidin ne kadar basık olduğunu ifade etmenin iki farklı yoludur. Düzleşme jeodezide tanımlayıcı niceliklerden biri olarak ortaya çıktığında ise genellikle birbirinin tersiyle ifade edilirler. Örneğin günümüz GPS sistemlerinde kullanılan WGS 84 sferoidinde düzleşmenin tersi  tam olarak  olarak ayarlanmıştır.

Dünya için bir küre ile bir referans elipsoidi arasındaki fark 300'de bir fark olmak üzere oldukça azdır. Geçmişte düzleşme yay mesafesi ölçümlerinden hesaplanmaktayken, günümüzde jeodezik ağlar ve uydu jeodezisi bu hesaplamalarda tercih edilmektedir. Uygulamada, yüzyıllar boyunca yapılan farklı araştırmalar sonucunda birçok referans elipsoidi geliştirilmiştir. Düzleştirme değeri, bir referans elipsoidinden diğerine küçük miktarda farklılaşır; bu farklılık, yerel koşulları ve referans elipsoidinin Dünya'nın tamamını mı yoksa yalnızca bir kısmını mı modellemesinin amaçlandığına göre değişmektedir.

Bir kürenin tek bir eğrilik yarıçapı vardır; bu değer yalnızca bir kürenin yarıçapıdır. Daha karmaşık yüzeyler, yüzeye göre değişen eğrilik yarıçaplarına sahiptir. Eğrilik yarıçapı, hesaplanan noktadadan yüzeye maksimum mesafede yaklaşan yarıçapı ölçüsünü tanımlar. Basık elipsoidler, yüzeyde bir ızgara çizilmesi halinde paraleller boyunca doğudan batıya sabit bir eğrilik yarıçapına sahiptir, ancak bu eğrilik diğer başka herhangi bir yönde değişir. Basık bir elipsoid için eğriliğin kutupsal yarıçapı  ekvatordan daha büyüktür.



bunun nedeni kutupların düzleşmiş olmasıdır. Yüzey ne kadar düz olursa, ona yaklaşabilmek için kürenin bir o kadar büyük olması gerekir. Tersine, elipsoidin ekvatordaki kuzey-güney eğrilik yarıçapı  kutuplardan daha küçüktür.



bu formülde  elipsoidin merkezinden ekvator'a (yarı büyük eksen) olan mesafe;  ise merkezden kutup noktasına olan mesafedir. (yarı küçük eksen)

 Geoit 

küçükresim|Sahte renkte geoit dalgalanması, gölgeli kabartma ve dikey abartı (10000 ölçek faktörü).
küçükresim|Ölçeklendirmek için sahte renkte geoit dalgalanması.
Yukarıda, yapılan ölçümlerin Dünya'nın görünür veya topografik yüzeyine göre yapıldığı belirtilmiş ve hesaplamaların modellenmiş bir elipsoid üzerinde yapıldığı açıklanmıştı. Ancak Jeodezik ölçümler arasında başka bir yüzey daha yer almaktadır. Geoit; Jeodezik araştırmada, noktaların jeodezik koordinatlarının hesaplanması genellikle, araştırma alanındaki Dünya'nın boyutuna ve şekline yakın bir şekilde yaklaşan bir referans elipsoidi üzerinde gerçekleştirilir. Bununla birlikte, Dünya yüzeyinde belirli aletlerle yapılan gerçek ölçümlere geoit adı verilmektedir. Elipsoid, belirli boyutlara sahip, matematiksel olarak tanımlanmış düzenli bir yüzeydir. Öte yandan geoit, Dünya'nın kütle çekimi (yerçekimi ) ve Dünya'nın dönüşünün merkezkaç kuvvetinin birleşik etkisine uyum sağlayabilmesi halinde, okyanuslar Dünyanın şekline uyumlu olarak belirlenen diğer bir yüzeyle örüşmektedir. Dünya'nın kütlesinin eşit olmayan dağılımının bir sonucu olarak, geoit yüzeyi düzensizdir. Diğer taraftan elipsoid ise düzenli bir yüzey olduğundan, ikisi arasındaki, geoit ondülasyonları, geoit yükseklikleri veya geoit ayrımları olarak adlandırılan ayrımlar aşağıdaki gibi düzensiz olacaktır:

geoit, yerçekimi potansiyelinin her yerde eşit olduğu ve yerçekimi yönünün her zaman dik olduğu bir yüzeydir (eşpotansiyel yüzeye bakınız). İkincisi, yerçekimi referanslı tesviye cihazlarını içeren optik aletler, jeodezik ölçümler yapmak için yaygın olarak kullanılır ki bu oldukça önemlidir. Düzgün ayarlandığında, aletin dikey ekseni yerçekimi yönü ile çakışır ve dolayısıyla geoite dik bir konumda bulunmuş olur. geoite dik olan çekül çizgisi (bazen "dikey" olarak da adlandırılır) ile elipsoide dik olan çizgi (bazen "elipsoidal normal" olarak da adlandırılır) arasındaki açı, düşey sapması olarak tanımlanmaktadır. Bu tanımın doğu-batı ve kuzey-güney olmak üzere iki bileşeni bulunmaktadır.

 Diğer şekiller 
Modern jeodezi, dönüş elipsoidini bir referans elipsoidi olarak hesaplamalarda kullanma ve muhafaza etme eğilimindedir. Söz konusu bu üç eksenlilik ve armut şekli, geoit şeklinin bir parçası olarak ele alınır. Bunlar küresel harmonik katsayılarla temsil edilir.  Ve , sırasıyla üç eksenlilik için 2,2 ve armut şekli için 3,0 derece ve sıra numaralarına karşılık gelir.

 Üç eksenlilik (ekvator eksantrikliği) 
Ekvatorun daire yerine elips olarak tanımlanması ve dolayısıyla elipsoidin üç eksenli olması olasılığı uzun yıllardır bilimsel bir tartışma konusu olmuştur. Modern teknolojik gelişmeler, veri toplama konusunda yeni ve daha hızlı yöntemler sağlamıştır. Sputnik 1'in fırlatılmasından bu yana eliptiklik teorisini araştırmak için yörünge verileri kullanılmıştır. Daha yeni sonuçlara göre ise iki büyük ekvator ve küçük atalet ekseni arasında 70 m fark bulunmakta olup; daha büyük olan yarı çap, 15° Batı boylamına (ve ayrıca 180 derece uzağa) işaret etmektedir.Torge & Müller (2012) Geodesy, De Gruyter, p. 100Marchenko, A.N. (2009): Current estimation of the Earth’s mechanical and geometrical para meters. In Sideris, M.G., ed. (2009): Observing our changing Earth. IAG Symp. Proceed. 133., pp. 473–481. DOI:10.1007/978-3-540-85426-5_57

 Armut şekli 
Hafif armut biçimli bir Dünya teorisi, ilk yapay uyduların Güney Kutbu'nda bir çöküntüye ve Kuzey Kutbu'nda aynı derecede bir şişkinliğe işaret eden uzun periyodik yörünge değişimlerinin gözlemlemesinden sonra ortaya çıkmış ve popülerlik kazanmıştır. Bu teori, kuzeydeki orta enlemlerin hafifçe düzleştiğini, güneydeki orta enlemlerin ise buna bağlı olarak şişkin olduğunu öne sürmektedir. 1958 yılı ABD yapımı Vanguard 1 adlı uydunun verilerine göre, güney ekvator çıkıntısının kuzeydekinden daha büyük olduğunu doğrulanmış ve bu durum Güney Kutbu'nun deniz seviyesinin kuzeydekinden daha düşük olmasıyla da desteklenmiştir. Armut biçimli bir Dünya ilk kez 1498'de Christopher Columbus tarafından, Kuzey Yıldızı'nın günlük hareketi hakkındaki yanlış okumalarına dayanılarak kavramsallaştırılmıştır.

John A. O'Keefe ve diğer yazarlar, Vanguard 1 adlı uydu verilerini kullanarak Dünya'nın çekim alanında önemli bir üçüncü derece bölgesel küresel harmonik olduğunu keşfetmişlerdir.O’KEEFE, J. A., ECKEIS, A., & SQUIRES, R. K. (1959). Vanguard Measurements Give Pear-Shaped Component of Earth’s Figure. Science, 129(3348), 565–566. doi:10.1126/science.129.3348.565 Desmond King-Hele, daha fazla uydu jeodezisi verisine dayanarak, Kuzey Kutbunda 19 m'lik bir "gövde" yükselmesi ve Güney Kutbunda 26 m'lik bir çöküntü nedeniyle kuzey ve güney kutup yarıçapları arasında 45 m'lik bir fark olduğu tahminini geliştirmiştir.King-Hele, D. (1967). The Shape of the Earth. Scientific American, 217(4), 67-80. Kutup asimetrisi yine de oldukça azdır: Dünya'nın düzleşmesinden yaklaşık bin kat daha küçüktür ve Dünya'nın bazı bölgelerindeki jeoidal dalgalanmadan bile daha ufaktır.Günter Seeber (2008), Satellite Geodesy, Walter de Gruyter, 608 pages.

 Yerel yaklaşımlar 
Daha basitleştirilmiş yerel yaklaşımlar mümkündür.

 Yerel teğet düzlem 
sol|küçükresim| Yerel teğet düzlem.

Yerel teğet düzlemi çok küçük mesafeler için uygundur.

 Öskülatör küre 
Belirli bir nokta civarında elipsoide en yakın yerel küresel yaklaşım Dünya'nın salınım küresidir. Yarıçapı Dünya'nın Gauss eğrilik yarıçapına eşittir ve radyal yönü jeodezik normal yönü ile çakışır. Salınım küresinin merkezi elipsoidin merkezinden kaymıştır, ancak elipsoid yüzeyinde verilen nokta için eğrilik merkezindedir. Bu kavram, karasal ve gezegensel radyo okültasyon kırılma ölçümlerinin yorumlanmasına ve bazı navigasyon ve gözetleme uygulamalarına yardımcı olur.küçükresim|Elipsoid ve salınımlı küre.

 Dünyanın dönüşü ve Dünyanın iç yapısı 

Dünya'nın tam şeklini belirlemek sadece jeodezinin geometrik bir görevi değil, aynı zamanda jeofiziksel hususları da içermektedir. Isaac Newton, Leonhard Euler ve diğerlerinin teorik argümanlarına göre, Dünya gibi dönen 5515 kg/m tekdüze yoğunluğa sahip bir cisim 1:229'luk bir düzleşmeye sahip olmalıdır. Bu sonuca, Dünya'nın iç bileşimi hakkında herhangi bir bilgi olmadan varılabilir. Ancak, ölçülen yassılaşma 1:298.25'tir, bu da bir küreye daha yakındır ve Dünya'nın çekirdeğinin son derece kompakt olduğuna dair güçlü bir argümandır. Bu nedenle yoğunluk, yüzeyde 2600 kg/m (granit vb. kaya yoğunluğu) ile iç çekirdekte 13 000 kg/m arasında değişen derinliğin bir fonksiyonu olmalıdır.

 Küresel ve bölgesel yerçekimi alanı 

Ayrıca Dünya'nın iç kısmının fiziksel keşfi için etkileri olan yerçekimi alanı, yerçekimi (kütle çekimi nedeniyle) ve merkezkaç kuvvetinin (dönme nedeniyle) net etkisidir. Bu alan yüzeyde ve uydular tarafından uzaktan çok hassas bir şekilde ölçülebilir. Topografya ve tüm jeolojik kütleler yerçekimi alanını bozduğu için gerçek dikey genellikle teorik dikey ile uyuşmaz (sapma 50" kadar değişir). Bu nedenle, yerkabuğu ve mantonun kaba yapısı yeraltının jeodezik-jeofizik modelleri ile belirlenebilir.

 Ayrıca bakınız 

 Clairaut teoremi
 EGM96
 Dünyanın Yerçekimi

 Meridyen yayı
 Teorik yerçekimi

 Tarih

 Pierre Bouguer
 Dünyanın çevresi#Tarih
 Dünyanın yarıçapı#Tarih
 Düz Dünya
 Friedrich Robert Helmert
 Jeodezi tarihi
 Metrenin tarihi
 Meridyen yayı#Tarih
 Saniye sarkaç

 Kaynakça 

 İlişkilendirme

 İlave okuma 

 Guy Bomford, Geodesy, Oxford 1952 and 1980.
 Guy Bomford, Determination of the European geoit by means of vertical deflections. Rpt of Comm. 14, IUGG 10th Gen. Ass., Rome 1954.
 Karl Ledersteger and Gottfried Gerstbach, Die horizontale Isostasie / Das isostatische geoit 31. Ordnung. Geowissenschaftliche Mitteilungen Band 5, TU Wien 1975.
 Helmut Moritz and Bernhard Hofmann, Physical Geodesy. Springer, Wien & New York 2005.
 Geodesy for the Layman, Defense Mapping Agency, St. Louis, 1983.

 Dış bağlantılar 

 Reference Ellipsoids (PCI Geomatics)
 Changes in Earth shape due to climate changes
 Jos Leys "The shape of Planet Earth"

Kategori:Jeofizik
Kategori:Jeodezi
Kategori:Dünya'nın yapısı