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1、第五章地球的形狀及重力場地球形狀和重力場的研究是地球物理學中的兩個經(jīng)典問題。地球形狀和重力場研究地球物質(zhì)的空間分布、運動和變化，確定地球重力場的精細結(jié)構(gòu)及其時間相依變化,并將重力數(shù)據(jù)用于大地測量、地球內(nèi)部構(gòu)造、地球動力學、資源勘探、工程建設、災害預防等方面的基礎性科學和應用基礎性科學。第五章地球的形狀及重力場地球深部結(jié)構(gòu)及海洋洋流變化固體地球均衡響應及冰后回彈地幔和巖石圈密度變化地球物理勘探地球重力場與國防、軍事大地測量學重力測量學重力測量儀重力學固體潮與地殼形變地球重力學重力勘探衛(wèi)星重力學行星重力學微重力測量學引力波地球動力學重力（位場）數(shù)據(jù)計算與分
2、析處理計算地球物理學18世紀中葉以前，人們單純采用幾何大地測量方法測定地球形狀。1743年法國的克萊羅在其著作《地球形狀理論》中，假設地球內(nèi)部處于靜力平衡狀態(tài)，地球的質(zhì)量密度分布是從地球質(zhì)心向外隨距離的增加而減小的。在這種假定下，他認為地球的外表面應是一個水準橢球，即橢球表面上各點的重力位相等，從而論證了重力值（物理量）和地球扁率（幾何量）之間的數(shù)學關系，這一論證稱為克萊羅定理。這一定理奠定了用物理方法研究地球形狀的理論基礎。第五章地球的形狀及重力場19世紀初，法國的拉普拉斯和德國的高斯、貝塞爾等都認識到橢球面不足以代表地球表面。1849年，英國的斯托
3、克斯（Stokes）提出了斯托克斯理論，即在地球的外重力位水準面上給定重力和重力位，已知地球離心力位，可以求出這個外重力位水準面的形狀和外部重力位，無須對地球內(nèi)部物質(zhì)分布作任何假設。但為了求得唯一解，水準面外部不能有質(zhì)量存在。斯托克斯理論是克萊羅定理的進一步發(fā)展。第五章地球的形狀及重力場1873年，利斯廷(Listing)提出用大地水準面代表地球形狀，由此可將斯托克斯理論用于研究大地水準面形狀。但由于大地水準面外部存在大陸，所以必須通過重力觀測值的歸算移去這些物質(zhì)，這將使大地水準面發(fā)生形變，并且必須知道歸算范圍內(nèi)巖層密度分布的數(shù)據(jù)。所以歸算問題一直成為
4、經(jīng)典的斯托克斯理論的障礙。盡管如此，斯托克斯理論還是推動了大地水準面形狀的研究工作。第五章地球的形狀及重力場1945年，蘇聯(lián)的莫洛堅斯基（Molodensky）提出了用地面重力觀測來確定地球形狀的理論，從而回避了長期無法解決的重力歸算問題。但是仍然存在資料（重力數(shù)據(jù)）不足的矛盾。在平原或丘陵地區(qū)應用經(jīng)典方法，雖然歸算在理論上不嚴密，但不足以影響大地水準面的計算精度。困難在于莫洛堅斯基理論雖然嚴密，但在高山地區(qū)所需要的數(shù)據(jù)眾多，當時條件下很難滿足。第五章地球的形狀及重力場1957年第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功，開創(chuàng)了衛(wèi)星重力探測時代根據(jù)衛(wèi)星軌道攝動理論，觀
5、測衛(wèi)星軌道攝動確定低階位系數(shù)利用衛(wèi)星海洋雷達測高確定高精度高分辨率海洋重力場模型和大地水準面模型GPS技術結(jié)合水準測量直接測定大陸大地水準面本世紀初利用衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星和衛(wèi)星重力梯度測量技術可以確定全球更高精度和分辨率的靜態(tài)重力場模型和時變重力場模型第五章地球的形狀及重力場衛(wèi)星重力探測技術的發(fā)展，突破了人們過去獲取重力場信息的局限性，使得物理大地測量的研究從局部或區(qū)域性擴展到全球，從測定靜態(tài)地球重力場發(fā)展到測定時變重力場。第五章地球的形狀及重力場在基礎理論方面，重力學的研究內(nèi)容包括地球重力場的空間分布特征與規(guī)律，重力場變化所反映的物質(zhì)質(zhì)量分布、密度分布的狀
6、態(tài)、性質(zhì)、特征與規(guī)律，以及重力場因天體運動和地球內(nèi)部物質(zhì)運動引起的周期性變化規(guī)律與非周期變化的性質(zhì)、機理。在應用方面，重力學的研究內(nèi)容主要為重力測量技術和觀測數(shù)據(jù)解譯技術以及相關的理論，即“重力勘探”。第五章地球的形狀及重力場人類對于重力現(xiàn)象的認識過程經(jīng)歷了三次大飛躍:古希臘的偉大學者亞里士多德(公元前384～公元前322年)曾提出：運動物體的下落時間與其重量成比例。直到16世紀才被伽利略(1564～1642年)所否定。他從大量的實驗中總結(jié)出：物體墜落的路徑與它經(jīng)歷的時間的平方成正比，而與物體自身的重量無關。這是人類第一次對重力現(xiàn)象有了科學的認識。第五
7、章地球的形狀及重力場荷蘭物理學家惠更斯提出了數(shù)學擺和物理擺的理論，并研制出第一架擺鐘。此后的200多年間，測定重力的唯一工具就是擺鐘。1672年，里舍(1630-1690年)在利用擺鐘從巴黎到南美洲赤道附近卡宴（Cayenne）進行天文觀測時發(fā)現(xiàn)重力加速度在各地并非恒值，這一消息被牛頓和惠更斯得知后，兩人不謀而合地指出：這種現(xiàn)象與他們認為地球是旋轉(zhuǎn)的扁球體的推論相符。從而在理論上闡明了地球重力場變化的基本規(guī)律。第五章地球的形狀及重力場牛頓(1642～1727年)提出的萬有引力定律。萬有引力定律是解釋重力場的最基礎理論，是人類認識重力的最重要的里程碑。第
8、五章地球的形狀及重力場開普勒發(fā)表行星運動三大定律后，很多科學家都在研究行星為什么要沿開普勒軌道
