Hvad er geoid? Jordens sande form, definition og forklaring

Hvad er geoid? Få en klar forklaring på jordens sande form, geoid-definition, forskellen til referenceellipsoiden og enkel geodæsi i praksis.

Geoid er en form som jordens overflade. Det er en geometrisk 3D-form som en appelsin. Former af denne art kaldes oblatate sfæroider, som er en slags ellipsoide. I teknisk sprog er en referenceellipsoide en matematisk forenkling af Jordens form, mens geoidet forsøger at beskrive den fysiske form bestemt af tyngdekraften.

Geoidet er imidlertid en meget speciel form for oblat kugleformet sfæroid. Den er defineret som følger:

Geoidet er den form, som havenes overflade ville have under indflydelse af Jordens tyngdekraft og rotation alene, uden andre påvirkninger som vind og tidevand.

Definitionen betyder praktisk, at geoidet er en konstantpotentialeflade for Jordens samlede tyngdefelt (tyngdepotentialet plus centrifugalkraft). Hvis havene kun blev påvirket af tyngdekraft og rotation og havde ro, ville deres overflade følge geoidets form — dermed er geoidet tæt forbundet med begrebet middelvandstand eller mean sea level (MSL), men MSL kan stadig variere lokalt pga. strømme, vejr og klimaforskydninger.

Den blev defineret af Gauss i 1828. Den beskrives ofte som jordens sande fysiske form. Studiet af Jordens mål og form kaldes geodæsi.

Forskellen mellem geoid og referenceellipsoide

Til mange praktiske formål anvendes en enklere form, fordi det gør beregningerne lettere. Denne form kaldes en referenceellipsoide. En referenceellipsoide er en matematisk regelmæssig overflade (en roterende ellipsoide) valgt til at tilnærme Jordens form. Geoidet afviger fra denne ellipsoide i varierende grad; afvigelsen kaldes geoidhøjde eller undulation (ofte betegnet N). Typiske størrelsesordener for N er på op til ca. ±100 meter globalt — altså geoidet kan ligge hundrede meter over eller under en given referenceellipsoide afhængigt af regionen.

For geodetiske målinger bruges tre højder:

• h — ellipsoidehøjden målt af satellitnavigation (GNSS/GPS), målt fra referenceellipsoiden.
• H — ortometrisk højde (den "praktiske" højde over havet, dvs. over geoidet), den højde en landmåler typisk bruger.
• N — geoidhøjden eller geoidundulation: N = h − H (eller H = h − N).

Hvordan bestemmes geoidet?

Bestemmelse af geoidet kombinerer flere typer data:

• Landbaserede gravimetriske målinger af tyngdeaccelerationen for at kortlægge lokale tyngdefelter.
• Satellitmålinger: satellitaltimetri (måling af havoverfladens højder) og satellitmålinger af tyngdefeltets variationer (f.eks. GRACE og GOCE) giver globale data.
• GPS (GNSS) sammenholdt med traditionel nivellement (landmåling) — denne kombination giver lokale geoidhøjder med høj præcision.

Kombination af disse datasæt og numeriske modeller giver et globalt geoidfelt, som anvendes i nationale og internationale højde-referencerammer.

Anvendelser

Geoidet er centralt i mange praktiske og videnskabelige anvendelser:

• Landmåling og konstruktion: for at omregne mellem GPS-højder og traditionel "højde over havet".
• Hydrografi og kystplanlægning: præcis kortlægning af havniveau og kystlinjer.
• Klimaforskning og havstigningsovervågning: satellitaltimetri sammenlignet med et geoidreferenceniveau afslører ændringer i havniveau.
• Geofysik: geoidanomalier kan afsløre variationer i massefordelingen under Jordens overflade, hvilket er nyttigt ved undersøgelse af struktur i skorpen og kappen.
• Navigationssystemer: korrektion af højdeangivelser fra GNSS til praktiske højder over havet.

Visualisering og intuitive forklaringer

Et ofte brugt billede er at forestille sig, at man fylder et roligt hav uden vind, strøm eller tidevand — havets overflade vil da følge geoidet. Jordens rotation gør den lidt fladere ved polerne og bredere ved ækvator (deraf sammenligningen med en appelsin), men lokale tyngdeforskel er det, der skaber de små "buler" og "sænkninger" i geoidet.

Afsluttende opsummering

Geoidet er den fysiske, gravitationsbestemte form som havoverfladen ville have i hvile. Det er ikke en simpel matematisk sfære, men en kompleks equipotentialflade med regionale udsving. For praktiske beregninger benyttes ofte en referenceellipsoide, mens geodæsi og gravimetriske metoder sammen med satellitdata bruges til at bestemme geoidet præcist. Forståelsen af geoidet er afgørende for præcis højdebestemmelse, havniveauovervågning og studier af Jordens indre struktur.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er geoiden?

Spørgsmål: Hvordan defineres geoiden?

Spørgsmål: Hvem definerede geoiden og hvornår?

Spørgsmål: Hvad er geodæsi?

Spørgsmål: Hvorfor bruge en referenceellipsoide i stedet for geoiden?

Spørgsmål: Hvordan beskrives jordens form i den grundlæggende undervisning?

Spørgsmål: Findes der lignende former som geoidens form i andre himmelske rotationssfærer?

Søg efter bogstav