“梨形地球”：一个美丽的误会

今年4月，郗钦文发现“梨形地球”的说法在网络上铺天盖地，大有弄假成真的趋势。地球形状是指地球的外形轮廓。毕业于武汉测绘学院大地测量系，从事了几十年固体潮汐、误差理论与数据处理研究的郗钦文再清楚不过了——接近地球真实形状的大地水准面(Geoid)是一个不规则、有起伏的物理曲面，因此，人们选用最接近于大地水准面的规则数学曲面——旋转椭球体来表示地球形状，是再自然不过的事了。作为一名科学工作者，郗钦文认为必须阐明科学事实。近年来，重力测量技术取得飞速进展，主要标志是卫星重力测量技术，特别是卫星跟踪卫星(SST)技术的发展。欧美CHAMP、GRACE卫星已经发射。从卫星重力探测所测定的大地位系数可以得到计算重力异常以及大地水准面起伏的数学表达式，它们构成了地球模型的一部分。在GRACE卫星重力资料中，有一张似乎是“梨形地球”的彩图，但该图的下方标有一段文字，明确指出“这是地球的大地水准面剔除地球扁率并放大1000倍的三维透视图”。很明显，是有意夸大了大地水准面起伏的结果。我们知道，由于地球的自转，其赤道半径比极半径约长21千米，这个21千米与赤道半径的比值就是上述标注中提到的“地球扁率”(约为1/298.256)，它决定了地球这个旋转椭球体的扁平程度。卫星重力学研究中，可以用大地位系数来表示影响地球形状的因素，大地位系数分很多阶和级，各阶影响因素全部叠加在一起共同确定了地球的形状。在大地位系数中，三阶系数的影响确实呈现出类似“梨形”的样子，然而，该阶系数在数值上大约只是二阶系数的1/500——这里的二阶系数就是属于扁率部分，是对地球形状具有影响的主要因素。各阶扰动的影响，毕竟不能改变地球形状近似于旋转椭球体的科学事实。所以，不能理解为地球是“梨形”或“越来越接近梨形”，即不能以偏概全，主次颠倒。为了更进一步阐明问题，郗钦文设计了计算程序，夸大模拟大地水准面起伏对地球形状的视觉影响，与波茨坦地学中心大地水准面的动画效果完全一致。他以该模拟结果为基本素材专门撰写了学术论文，已在专业学术期刊《大地测量与地球动力学》(2006年Vol.26 No.2)上发表。