Гравиметрия

Гравиметрия - наука об измерении силы тяжести. Первоначально она занималась только изучением напряженности силового гравитационного поля Земли, которая численно равна ускорению свободного падения тел. Но постепенно границы науки расширились, и сейчас она занимается также и связью силы тяжести с внутренним строением, фигурой и эволюцией Земли, гравитационными полями других планет.

Под воздействием сил притяжения сложились фигуры Земли и других планет. Вследствие всемирного тяготения, закон которого сформулировал И. Ньютон (см. Гравитация), все тела притягиваются обратно пропорционально квадрату расстояния. Если бы на Земле и планетах не действовали никакие силы, кроме их внутренних сил тяготения, все эти тела имели бы строго сферическую форму. Но, поскольку небесные тела вращаются, на них действует также и центробежная сила, под ее воздействием происходит перетекание вещества от полюсов к экватору. Это продолжается до тех пор, пока не обратится в нуль сумма боковых, тангенциальных составляющих сил и вещество не окажется в равновесии. В результате небесные тела оказываются несколько сплюснутыми. Поверхности равновесия, перпендикулярные направлениям силы тяжести, называются уровенными поверхностями.

Уровенная поверхность Земли, совпадающая с невозмущенной волнами и ветровыми надувами поверхностью океана, называется геоидом. Если бы Земля была однородной, то геоид имел бы форму эллипсоида вращения. Из-за неоднородности масс, слагающих Землю, геоид отклоняется от общего земного эллипсоида до 100 м.

Гравиметрия разрабатывает метод определения сжатия земного эллипсоида, высот геоида над эллипсоидом, позволяет изучить фигуру Земли. Отклонение реальной силы тяжести на физической поверхности Земли от той, которая была бы, если Земля имела форму правильного эллипсоида, называется аномалией силы тяжести. Аномалия тесно связана с распределением в Земле масс, и прежде всего в ее коре. Изучая аномалии, можно судить о распределении полезных ископаемых, часто имеющих отличную от окружающих пород плотность. Поэтому гравиметрия нашла широкое применение при разведке полезных ископаемых, в особенности нефти и газа.

Напряженность гравитационного поля измеряют специальными приборами - гравиметрами. Большинство современных гравиметров представляют собой очень точные пружинные весы, позволяющие измерить разность силы тяжести в двух точках земной поверхности с точностью до миллиардных долей (10^-9) полной величины самой силы тяжести. Такой метод называется относительным. Метод абсолютных определений силы тяжести основан на непосредственном измерении скорости свободного падения тел. Этим способом Г. Галилей еще в конце XVI в, измерил силу тяжести с точностью до 0,1 ее величины. За последнее десятилетие, благодаря развитию электротехники, точность абсолютных измерений также достигла 10^-9. Другой тип гравиметрических приборов основан на наблюдениях качания маятников, период колебания которых зависит от силы тяжести.

Новый метод изучения гравитационного поля открыл запуск искусственных спутников. Спутники движутся в гравитационном поле Земли, Луны и планет, причем аномалии силы тяжести вызывают неправильности (возмущения) в их движении. Оказалось, что исследуя эти возмущения, можно оценить величину аномалий. Спутники, оборудованные специальными приборами, позволяют с высокой точностью определять высоты геоида на океанах по непосредственным измерениям высоты спутника над поверхностью воды. Этот метод получил название спутниковой альтиметрии.