Действительная поверхность Земли, с её бесконечным и разнообразным чередованием возвышений и понижений, весьма неправильна.
Чтобы получить представление о форме Земли, изучают не реальную, а некоторую теоретическую поверхность, внося в понятие о фигуре Земли элемент отвлечения от существующих на Земле неровностей, т. е. как бы рассматривая её с достаточно значительного расстояния, на котором эти неровности теряются. Подобный приём вполне оправдан тем, что радиус Земли по сравнению с самыми высокими горами и самыми глубокими океаническими впадинами очень велик, и наличие гор и впадин не нарушает общего «математического» вида планеты.
Идея о шарообразности Земли возникла ещё в отдалённой древности. Тогда же были предложены и первые доказательства, сохраняющие свою ценность и поныне.
Представление о Земле как о шаре удовлетворяло научную мысль вплоть до XVII в. Однако затем обнаружились факты, которые заставили пересмотреть это представление.
В 1672 г. из Парижа в Кайенну был послан астроном Рише. Прибыв на место, он заметил, что часы с маятником, выверенные в Париже, стали отставать ежедневно на 2 мин. 28 сек. Секундный маятник пришлось укоротить почти на 3 мм для того, чтобы он вновь стал отбивать секунды.
Как известно, продолжительность t одного бесконечно малого колебания маятника, имеющего длину l, определяется формулой.
T = π √(l/g)
Стало быть, t может измениться лишь при изменении g (ускорения силы тяжести), если не менять длину маятника. Следовательно, замедленное качание маятника свидетельствует об уменьшении силы тяжести.
Само по себе это явление не было вполне неожиданным. Известно, что в связи с вращением Земли на своей оси и развиваемой при этом центробежной силой, которая наибольшего значения должна достигать на экваторе, сила тяжести (т. е. равнодействующая между притяжением массы Земли и центробежной силой) в низких широтах должна быть меньше, чем в высоких. При увеличении угловой скорости вращения Земли в 17 раз тела на экваторе потеряли бы вес. Новое заключалось в том, что, как показали точные подсчёты, при переходе от умеренных широт к экватору ускорение силы тяжести уменьшается гораздо быстрее, чем это могло бы быть обусловлено только увеличением центробежной силы в том же направлении. Следовательно, одним увеличением центробежной силы нельзя было объяснить наблюдавшегося изменения длины секундного маятника, — надлежало принять и новое представление о форме Земли.
Так и сделали Ньютон и Гюйгенс. Они допустили, что Земля сплюснута у полюсов и более выпукла (растянута) вдоль экватора, что она, следовательно, не шар, а эллипсоид, или сфероид, т. е. тело, полученное вращением эллипса на малой оси. У сфероида меридианы — не круги, а эллипсы, полярный и экваториальный радиусы — различной длины, вследствие чего уменьшение силы тяжести на экваторе обязано не только большему значению здесь центробежной силы, но и тому, что на экваторе любая точка земной поверхности удалена от центра Земли (т. е. центра притяжения) на большее расстояние, чем, например, на полюсе. Многочисленные наблюдения с помощью маятников доказали правильность представлений Ньютона и Гюйгенса.
Если Земля сфероид, то очевидно, что кривизна дуги меридиана у полюса меньше, чем у экватора, и, стало быть, дуга меридиана, отвечающая центральному углу в 1°, должна быть в высоких широтах длиннее, чем в приэкваториальных. Тщательные градусные измерения подтвердили ожидаемое увеличение длины дуги 1° меридиана от экватора к полюсам, как видно из следующих данных:
Отклонение формы Земли от правильного шара не является исключением в солнечной системе: такие планеты, как Юпитер, Сатурн, Уран, сплюснуты у полюсов настолько сильно, что это можно видеть непосредственно в трубу.
Наличие экваториального вздутия на Земле приводит к тому, что у ряда длинных рек, текущих в сторону экватора (Волга, Миссисипи и др.), устье отстоит от центра Земли дальше, чем исток, т. е. реки эти текут вверх (под действием центробежной силы, вызванной вращением Земли).