Д. Стокс построил уровенную поверхность фигуры Земли, и с этого времени ее стали представлять в виде эллипсоида вращения. Постепенно она уточнялась, но своего завершения не получила до сих пор. Каждое государство в своей практике использует собственные геофизические постоянные и тем самым имеет собственную модель фигуры Земли, которую может уточнять национальными средствами.
Особенности гравитационного поля планеты, обусловленные ее сжатием, вызывают постоянное вращение плоскости орбиты вокруг земной оси.
Эти возмущения называют вековыми.
В дополнение к вековым происходят различные периодические возмущения элементов орбиты. Наиболее существенные из них — колебания перигейного расстояния, вызываемого асимметрией Земли относительно экватора. При перемещении перигея от экватора на север расстояние перигея от центра Земли уменьшается на 0,8 километра, а при перемещении на юг увеличивается на ту же величину по сравнению с экваториальным расположением. Кроме того, имеют место некоторые малые короткопериодические возмущения элементов орбиты в течение одного витка, вызываемые более мелкими неоднородностями гравитационного поля.
Вторая причина, вызывающая возмущения элементов орбиты, — земная атмосфера. История изучения последней, а нас интересует верхняя атмосфера, началась в наши дни, незадолго до запуска первого спутника. Изучение атмосферы связано с решением двух важнейших вопросов теории полета: срока баллистического существования космического аппарата и влияния атмосферы на изменение элементов орбиты. Чтобы оценить влияние атмосферы, нужна ее модель. Теория строения атмосферы предлагает две модели: стационарную и динамическую. Первая исходит из того, что атмосфера Земли имеет сферическую структуру, а ее параметры с высотой изменяются.
Реальная атмосфера отличается так называемыми флуктуациями. Так, замечено, что в соответствии с периодами солнечной активности наблюдаются четыре вида колебаний, разнесенных по времени. Во-первых, случайные колебания плотности в течение суток как на дневной, так и на ночной стороне Земли обусловлены спорадическими солнечными возмущениями. Во-вторых, колебания плотности повторяются через 27-суточные интервалы, равные периоду вращения Солнца вокруг своей оси по отношению к Земле. В-третьих, имеются сезонные колебания, на которые накладывается шестимесячный цикл. Например, плотность, стремится к минимуму в июле и к максимуму в октябре, причем в январе наблюдается вторичный минимум, а в апреле — вторичный максимум. В-четвертых, атмосфера реагирует на колебания солнечной активности в течение 11-летнего цикла появления солнечных пятен. Заметим, что, кроме солнечных возмущений, на атмосферу Земли оказывают воздействие и другие факторы.
