«В природе все должно быть гармонично и совершенно. Земля должна быть тоже совершенна. Но совершеннейшим из геометрических тел является шар. Значит, Земля - шар». Это первая зафиксированная гипотеза шарообразности Земли, была высказана известным древнегреческим ученым Пифагором (580 - 500 гг. ). Сомнительная даже с точки зрения логики гипотеза оказалась во многом правильной.
Шарообразность Земли была установлена, как отмечалось выше, Эратосфеном примерно 2230 лет назад, однако такие же предположения были и у халдейских жрецов, изучавших движение Луны, Солнца, звезд и планет солнечной системы.
С открытием Д. Кассилем (1625 - 1712 гг. ) полярного сжатия Юпитера и доказательствами И. Ньютона (1642 - 1727 гг. ) о форме вращающегося в пространстве жидкого тела (форма сфероида или эллипсоида вращения) началось детальное изучение формы Земли.
Очевидно, что шар и сфероид представляют собой математические фигуры с гладкими кривыми поверхностями (рис. 1.), форма и размеры которых однозначно определяются по их основным параметрам: для шара - это радиус R, для сфероида - это размер одной из его полуосей (большой - а или малой - b) и полярное сжатие а, определяемое как отношение (а - b)/а.
В действительности физическая поверхность Земли имеет весьма сложную форму, которую невозможно описать простыми математическими зависимостями. Под физической поверхностью Земли понимается поверхность суши и невозмущенная поверхность всех внешних морей и океанов. Известно, что распределение масс (плотностей) в теле Земли весьма неравномерно. Это приводит к тому, что направления отвесных линий, если форму Земли в первом приближении принять за сфероид, не будут совпадать с направлениями нормалей к поверхности сфероида. В результате образуется поверхность весьма сложной формы (уровенная поверхность), в каждой точке которой линия направления силы тяжести совпадает с нормалью к этой же поверхности. По предложению в 1873 г. немецкого физика Листинга (1808 - 1882 гг. ) тело, ограниченное такой поверхностью, названо геоидом (землеподобным).
Геоид близок к сфероиду, но в общем случае не совпадает с ним. Отступления поверхности геоида от поверхности сфероида в некоторых местах Земли достигают ±(100 - 150) м. На акватории мирового океана форма геоида с помощью спутниковых наблюдений определяется весьма точно, с погрешностями порядка 0, 1 - 0, 3 м. На суше погрешность определения формы геоида уже значительна, порядка 1, 5 - 2, 0 м. В связи с этим для суши принята вспомогательная поверхность, положение которой определяется весьма точно. Эта поверхность называется поверхностью квазигеоида, а тело, ограниченное этой поверхностью, называют квазигеоидом.