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WISSENSCHAFTLICHES LABOR FÜR KINDER
Wie ist die tatsächliche Form der Erde? Wissenschaftliches Kinderlabor
Verzeichnis / Wissenschaftliches Kinderlabor Mitglieder der französischen Expedition, die 1672 in Guayana ankamen, entdeckten eine seltsame Diskrepanz in der Zeitanzeige zwischen Pendel- und Federuhren. In der Nähe des Äquators waren die Zeiger von Pendeluhren 2,5 Minuten zurück. Erst fünfzehn Jahre später, als I. Newton theoretisch bewies, dass sich die Form der Erde von der einer Kugel unterscheidet, wurde es möglich, diese Tatsache zu erklären. Seine Argumentation lief auf Folgendes hinaus. Wenn wir uns zwei Kanäle vorstellen, die vom Erdmittelpunkt zum Nordpol und zum Äquator führen, und davon ausgehen, dass weder vom Äquator zum Pol noch umgekehrt Wasser überläuft, dann sind beide Flüssigkeitssäulen im Gleichgewicht. Da die durch die Erdrotation verursachten Zentrifugalkräfte die Schwerkraft im Äquatorkanal geringfügig verringern, kam Newton nach entsprechender Berechnung zu dem Schluss, dass der Äquatorradius 22 km größer ist als der Polarradius. Daraus folgte die Schlussfolgerung: Der Globus ist überhaupt keine Kugel, sondern ein Ellipsoid. Mehr als hundert Jahre lang blieben Newtons Daten die genauesten. Anschließend maßen die Wissenschaftler mit astronomischen Instrumenten die Länge eines Parallelkreises von einem Grad am Äquator und in der Nähe des Pols. Die Messungen wurden bis zur Mitte unseres Jahrhunderts fortgesetzt, als der englische Landvermesser G. Jeffrey 1948 feststellte, dass die Abweichung zwischen den Erdradien 32,7 km betrug. Dieser Wert war jedoch nicht der genaueste.
Nach dem Start des ersten Satelliten stellten Wissenschaftler eine unerwartete Abweichung seiner Umlaufbahn von der berechneten fest. Als er über die Äquatorregionen flog, veränderten einige Kräfte die Ebene der Umlaufbahn und sie verlagerte sich allmählich mit einer Geschwindigkeit von acht Grad pro Tag nach Westen. Dieser Wert wurde mit hoher Genauigkeit gemessen. Und hier ist, was die Wissenschaftler herausgefunden haben. Der Unterschied in den Radien beeinflusst die Änderung der Umlaufbahn des Satelliten auf die gleiche Weise wie bei einer Pendeluhr. Dank der aus der Erde entnommenen Instrumente war es möglich, die Messungen von G. Jeffrey zu korrigieren – der Unterschied in den Radien vergrößerte sich um weitere 200 m. Das letzte Ergebnis war eher nicht erfreulich, sondern verärgerte die Wissenschaftler. Schließlich bestätigte er nicht die Ergebnisse der Geodäten, die bis dahin alle Kontinente sorgfältig mit einer Genauigkeit von 9 m vermessen hatten. Es stellte sich heraus, dass das Modell der Erde – ein Globus – falsch war. Oder vielleicht sind die von den Satelliten erhaltenen Ergebnisse im Gegenteil falsch. All dies veranlasste Wissenschaftler zu der Annahme, dass die Betrachtung der Erde selbst als Ellipsoid eine zu starke Vereinfachung des Bildes bedeutete. Bei der Untersuchung der akustischen Eigenschaften einer Saite zerlegen Wissenschaftler Schwingungen mit komplexer Form in den Grundton und sinusförmige Harmonische höherer Frequenzen. Das gleiche Prinzip wurde verwendet, um die Form der Erde zu bestimmen, aber anstelle einer Schnur wurde eine ideale Kugeloberfläche verwendet. Nacheinander wurden ihm alle Harmonischen überlagert, die in Abhängigkeit von ihrem Einfluss auf die Umlaufbahn des Satelliten bestimmt wurden. Hier ist die erste Harmonische – Null. Es zeigt eine Kugel, deren Massenschwerpunkt in der Äquatorialebene liegt. Die zweite Harmonische ist zweilappig und ellipsoid. Das dritte ist dreiblättrig und ähnelt einer Birnenscheibe und so weiter.
Den größten Einfluss auf die Änderung der Umlaufbahn in westlicher Richtung haben gerade Harmonische – die zweite, vierte, sechste, achte usw. Um sie zu bestimmen, wurden die Satelliten in unterschiedlichen Winkeln zum Äquator gestartet. Ungerade Harmonische – die dritte, fünfte, siebte usw. – verändern das Perigäum – den Abstand der kleinsten Entfernung des Satelliten von der Erdoberfläche. Dies geschieht vor allem dann, wenn der Satellit von der Nordhalbkugel in die Südhalbkugel wandert und wie ein Elektron in eine ferne Umlaufbahn „springt“. Durch die Messung mehrerer Umlaufbahnen mit unterschiedlicher Neigung zum Äquator gelang es uns auch, die Werte aller ungeraden Harmonischen zu bestimmen. Als Wissenschaftler alle Harmonischen addierten, stellte sich heraus, dass das Modell der Erde sehr komplex war: Wenn man die Pole gedanklich durchschneidet, würde es wie eine Birnenscheibe mit einem Griff am Nordpol aussehen. Aber die Seiten des Fötus würden nicht vollkommen eben aussehen. An vielen Stellen sind Erhebungen und Senken zu finden. Auf dem Bild sehen Sie, wie der amerikanische Wissenschaftler M. Kaula unseren Planeten darstellt. Auf der Höhenlinienkarte zeigen Höhenlinien Höhenunterschiede – Geoide – die bedingte Erdoberfläche ohne ihr natürliches Relief, über die sich das Wasser des Weltozeans ergießt. Genauer gesagt wird unter dem Geoid eine Fläche verstanden, auf der die Erdbeschleunigung immer gleich groß ist. Um dieses komplexe Bild besser zu verstehen, unternehmen wir eine imaginäre Reise auf der Wasseroberfläche des Geoids rund um den Äquator. Beginnen wir vom Punkt 20° östlicher Länge in Afrika nach Osten. Zunächst befinden wir uns auf dem Niveau Null, also in einer wahren Entfernung vom Erdmittelpunkt – 6378 km. Um bei der Überquerung des Kongo-Flusses auf Meereshöhe zu bleiben, müssen wir einen Tunnel bauen. Im Indischen Ozean nähern wir uns allmählich dem Mittelpunkt des Planeten und erreichen bei 70° Ost seine größte Neigung. Hier liegt der Erdmittelpunkt um 79 m näher. Im Norden Neuguineas müssen wir auf eine Höhe von 67 m klettern. Der weitere Weg verläuft ohne großen Ab- und Aufstieg, denn mitten im Pazifik Ozean, wir schweben auf einer Oberfläche mit einem Nullniveau. Dann werden wir 20 m unter das Niveau vor der Küste Südamerikas abtauchen. Und schließlich kehren wir zum Ausgangspunkt zurück, von dem aus wir unsere Reise begonnen haben. Das konstruierte Bild der Erdoberfläche scheint die von Newton begonnene Arbeit abgeschlossen zu haben. Wissenschaftler suchen jedoch weiterhin nach einer Antwort auf die Frage: Wie und wie lässt sich das Vorhandensein riesiger Erhebungen und Vertiefungen auf der Oberfläche unseres Planeten erklären? Kürzlich wurde vom ungarischen Wissenschaftler Akademiker D. Barta ein neues Modell der Erdstruktur entwickelt. Mit genauen Berechnungen und Beobachtungen der Veränderung des Magnetfeldes zeigte er, dass der Erdkern nicht im Zentrum unseres Planeten liegt, sondern um 450 km in Richtung Australien verschoben ist. Schauen Sie sich nun noch einmal die Karte von M. Kaul an. Ein erstaunlicher Zufall – in diesem Teil der Erdoberfläche befindet sich auch die größte Erhebung. Aber es gibt noch zwei weitere Erhebungen auf der Karte, eine in der Region Westeuropa, die andere zwischen Afrika und der Antarktis. Es gibt neue Hypothesen. Es ist möglich, dass der zentrale Kern, wie die Oberfläche unseres Planeten, keine Kugel ist. Höchstwahrscheinlich ähnelt dieser riesige Tropfen geschmolzener Substanzen, der durch ungeheuren Druck zusammengedrückt wird, einer Kartoffel mit Wucherungen, die nicht an Ort und Stelle bleiben. Langsam, mit fast unmerklicher Geschwindigkeit, fließen sie von einem Rand zum anderen. Und im Takt mit ihnen verschieben sich Erhebungen und Vertiefungen auf der Oberfläche, die Form der Erdkruste verändert sich, es bilden sich Berge.
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