为什么大地水准面不是平滑的？ 第1页

广告时间：

三条互相垂直的线 SNK的历史 看人下菜是一门手艺 科技园的孔乙己

来形象的说一下这个问题

要回答什么是水平，就要回答什么是铅垂！

第一个问题：什么是铅垂？

铅垂的定义，从它的字面意义上就可以理解出来。拿一根绳子，一端上绑一个铅块，然后掐住绳子另一端把绳子吊在空中，如果没有风，那么，这条线在空间中的形态就叫做铅垂。

既然没有风，铅垂线的形态受什么影响呢？答案很显而易见，是受地球的重力影响。

下面，我们来画图认识一下铅垂：

假设图中的椭圆就是一个星球，而该星球的质量是均匀的，那么图中红线应该就是该星球上的一条铅垂线，它理应指向这个完美几何体的几何中心：

而如果这个星球内部的质量分布不均匀，如下图所示，那一坨黄色的地方，质量密度比其它地方要大，那么上图中的红色铅垂线应该会发生一定程序的偏移：

这个应该很好理解，我们不用定量分析，从感性理解上就能认识到这个偏移，所以得出下面的结论1：

结论1：地球上的铅垂线，由于地球质量分布不均匀，地球上的铅垂线，多数情况下并不严格指向地球的几何中心，而是有一定的偏移。

第二个问题：什么是水平？什么是水平面？

水平的定义是由铅垂延伸而来的，与铅垂线互相垂直的线，我们就称其为【水平线】

而如果一个平面上的所有直线都与某同一根铅垂线互相垂直，那么就称这个平面为【水平面】

基于结论1，很容易得出结论2：

结论2：所谓的水平面，由于地球质量分布不均匀，也不是绝对水平的，而是有一定的偏差

第三个问题：什么是大地水准面？

首先引入万有引力定律的不严密的语言描述版：

两物体之间的引力，与它们的质量成正比，与它们的距离的二次方成反比

也就是说，两物体之间的引力，在它们的质量都不发生改变的前提下，它们相距越远，互相之间的引力越弱。

看下图，椭圆就是地球，红线是一条铅垂线，把铅垂线画长一些，红线上画了不少断点，并标注了力的大小，这是假设有一个物体，它的质量始终不变，标注的数字是在各断点处它所受到的地球的引力大小（图非常不严谨）

在离地球越远的地方，它所受到的重力就越小。

如果地球的质量分布均匀，那么，这个物体，在下图黄线椭圆上的任何一点，其受到的重力都应该是90N，这很容易感性理解

但是，地球的质量分布是不均匀的！！也就是说，在黄线上另外一些点，这个物体所受到的重力可能是92N，也可能是88N。

而如果把这个物体所受的重力为90N定为一个标准的话，在上图这个剖面，我们我们可以得到很多点，把这些点组合起来，其形状是不规则的，可能如下：

这里引入大地水准面的不严密定义：

1：大地水准面上每个点的切面，都是水平面

2：大地水准面是重力等势面

3：这个等势面的重力势，以平均海水面为标准

换句话来说，大地水准面是一个空间曲面，这个面上每个微小平面（小到一定程序的话，可以当平面看）都是水平面，而一个物体在这个面上的任何一点，其所受地球的重力大小都相等。

基于结论2，与最后一张图，相信你看到这里，已经明白了，为什么理论上，大地水准面是不规则的。

所有问题的源头就是一句话：由于地球质量分布不均匀！