Ці координати можна назвати застосуванням сферичної системи координат (головною віссю якої є вісь добового обертання Землі) до несферіческой поверхні Землі. Здавалося б, тут і говорити особливо нічого.
Географічна широта точки А на поверхні Землі - це кут між площиною земного екватора і радіусом, проведеним до точки A (рис. 1, зліва). Широта позначається буквою j і вважається позитивною на північ від екватора (північна півкуля) і негативною - на південь (південна півкуля). Лінії, на яких лежать точки з рівними широтами, називаються географічними паралелями. Лінії перетину земної поверхні з площинами, що містять земну вісь, називаються георафіческімі меридіанами. Кут між меридіаном, що проходить через точку А, і нульовим меридіаном, називається географічної довготою і позначається буквою О» (рис 1, справа). В даний час за нульовий меридіан прийнято той, на якому стоїть Гринвіцька обсерваторія близько Лондона (Англія) і він називається Грінвічському меридіаном. Довгота зазвичай відраховується в обидві сторони (до сходу або захід) від нульового меридіана і до її значенням додаються слова "Східної довготи" ("на схід від Грінвіча") або "Західної довготи" ("на захід від Грінвіча"). Наприклад, георафіческіе координати Москви такі: l = 37 В° 38 'східної довготи, j = + 55 В° 45 '.
Однак все це - тільки перше наближення. У визначенні широти згадується радіус, проведений до точки А. А радіус - це напрям на центр Землі, яке можна задати по-різному.
Зручніше всього напрям на центр Землі поставити з допомогою прямовисної лінії. Але оскільки форма Землі еліпсоїдальної, то тільки на полюсах і екваторі вследствии повної симетрії розташування мас, сила тяжіння буде направлена ​​до геометричного центру. У проміжних широтах напрям сили тяжіння проходить повз центру і найбільша величина її відхилення від напряму на центр досягається на широтах В± 45 В° і складає кут f/2 (f - стиснення Землі), або 5 '.7. Крім того, розподіл мас усередині Землі не є сферично симетричним (як вимагає закон всесвітнього тяжіння), і продовження лінії виска навіть на полюсах і екваторі зовсім не зобов'язане проходити ні через центр мас Землі, ні, тим більше, через її геометричний центр. На практиці це означає, що в загальному випадку дві прямовисні лінії не перетнуться ніде, а саме поняття "центр Землі" стає дещо невизначеним. По відхиленню лінії виска при наближенні масивного тіла була обчислена маса Землі (див. главу "Земля" ), а особливо сильно це відхилення проявляється в горах і може досягати декількох кутових хвилин.
Крім того, на напрямку прямовисної лінії впливають і інші небесні тіла. Неважко підрахувати, наприклад, що Місяць, які перебувають на горизонті, притягує тіло на поверхні Землі, в Me * (Rm) 2/(Mm * (Re) 2) разів слабкіше, ніж сама Земля (тут Me і Mm - маси Землі і Місяця, аRe і Rm - відповідно радіус Землі і відстань до Місяця). Беручи середня відстань до Місяця 380000 км і підставивши інші величини, отримаємо відношення сил тяжіння ~ 290000 раз, тому відхилення виска убік Місяця, що знаходиться на горизонті, складе 0 ".7. Незважаючи на ці недоліки, напрямок прямовисної лінії є головною віссю в горизонтальній системі координат, і обумовлена ​​через неї широта називається астрономічної (або просто географічної) широтою П†g.
Широта, обумовлена ​​як кут між радіус-вектором точки А (проведеним з геометричного центру еліпсоїда, що описує форму земної поверхні) і площиною екватора, називається геоцентричної широтою П†а точки А (рис. 2). Математична різниця географічної і геоцентричної широт складає:
П†g - О¦а = 11 '.6 * sin (2 * П†g)
Довжини паралелей менше довжини екватора приблизно в cos (П†) раз, тому лінійний розмір 1 В° вздовж паралелі зменшується зі збільшенням широти (рис. 3). Однак оскільки земна поверхня не є строго сферичною, то і лінійний розмір 1 В° дуги меридіана також небагато змінюється. Якщо прийняти полярний радіус Землі RП = 6357 км, а екваторіальний Rе = 6378 км, то на екваторі 1 В° дуги меридіана складе 111.32 км, а на полюсі - 110.95 км. Але це не дуже велика незручність, оскільки географічні координати визначаються з астрономічних спостережень, а не з вимірів відстаней на земної поверхні.
Земні полюса, як і належить полюсів сферичної системи координат, мають широти В± 90 В° і невизначену довготу. Оскільки проекція будь-якого меридіана на площину горизонту - це лінія північ-південь, то, наприклад, на північному полюсі будь напрямок буде співпадати з напрямом якогось меридіана, тобто буде напрямком на південь! Тому на полюсах не має сенсу і поняття "сторони світла ", оскільки там вона всього одна. Вищевикладене наочно демонструє просте питання - завдання: "якщо весь час іти на північний схід, то куди прийдеш? "Відповідь дещо несподіваний: з кожним кроком подорожній буде зміщуватися на північ і на схід від початкового положення. На відміну від невичерпної довготи (завжди знайдеться точка схід заданої) широта може збільшитися тільки до +90 В°, тобто до північного полюса!
На земної поверхні є дві пари особливо виділених паралелей (по дві в кожному півкулі), пов'язані з кутом нахилу e земного екватора до площини орбіти Землі (e = 23 В° 26 '). Паралелі, мають широту + - e, називаються, відповідно, північним і південним тропіками. Їх фізичний зміст дуже простий: на цих широтах один раз на рік Сонце проходить через зеніт - в момент літнього сонцестояння (північний тропік) чи зимового сонцестояння (південний тропік). Ближче до екватора таке буває вже двічі в рік, а далі від екватора - не буває ніколи. Паралелі, мають широти В± (90 В° - e), називаються північним і південним полярними колами. На цих широтах в момент літнього сонцестояння Сонце не заходить за горизонт (північний полярний коло) або не сходить (південний полярний коло), в момент зимового сонцестояння - навпаки. Тобто області від полярних кіл до полюсів - це райони, де бувають полярні дні і ночі. Чому це пов'язано з кутом e - пояснено в главі про Екліптичні систему координат.
Положення земної осі в просторі змінюється з часом - з періодом 26000 років. Це явище називається прецесією.
Залишилося додати, що і самі географічні полюси не зберігають постійного становища відносно земної поверхні. Але ці коливання невеликі - всього кілька десятків метрів.
Список літератури
Н.Александровіч "Основи астрономії"
