音頻科普:古人怎樣巧妙地測出了地球的大小?
發布時間:2021-01-21
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音頻科普:古人怎樣巧妙地測出了地球的大小?

自從(cong) 亞(ya) 裏士多德根據不同地點所見星座不同,發現地球是個(ge) 不太大的球之後,人們(men) 就很想知道地球到底有多大?

在地中海岸邊,有個(ge) 著名的城市,就是埃及的亞(ya) 曆山大城。在公元前3世紀,亞(ya) 曆山大城是地球上最大的城市,它的燈塔舉(ju) 世聞名。亞(ya) 曆山大城圖書(shu) 館擁有當時世界上最豐(feng) 富的古籍收藏。圖書(shu) 館的館長叫厄拉多塞(也翻譯為(wei) 埃拉托色尼、埃拉托斯尼等)(Eratosthenes 276 BC - 195 BC),幾乎精通所有領域,他是一個(ge) 天文學家、曆史學家、地理學家、哲學家、詩人、戲劇批評家和數學家。他的著作從(cong) 《天文學》到《痛解論》無所不有。

有一天,他從(cong) 一本書(shu) 裏讀到一段話:在南部邊疆西恩納(Syene),今天的阿斯旺(Aswan),在6月21日,夏至那天,也就是一年當中白天最長的一天,在接近中午的時候,直立長杆、聖堂圓柱等的陰影越來越短,最後在正午消失,此時太陽位於(yu) 頭頂正,到井邊打水的人們(men) ,在深井井底看到了太陽的倒影。

長竿、陰影、井底太陽倒影,這些日常生活中常見的事物很容易被人們(men) 忽略,它們(men) 會(hui) 有什麽(me) 重要意義(yi) 嗎?厄拉多塞是一個(ge) 科學家,他十分驚奇,並想親(qin) 自做個(ge) 實驗,看看在亞(ya) 曆山大,在6月21日正午,直立長竿會(hui) 不會(hui) 在地麵上投下陰影?結果:長竿在地麵上投下了陰影。

厄拉多塞思考:為(wei) 什麽(me) 在西恩納的直立長竿不會(hui) 投下陰影,而在北邊的亞(ya) 曆山大的直立長竿卻投下明顯的陰影呢?

假設有兩(liang) 根等長的長竿,一根直立在亞(ya) 曆山大,另一根直立在西恩納。在某一個(ge) 特定時刻,如果兩(liang) 根長竿都沒有在地麵上投下陰影,這一點很容易理解:因為(wei) 地球是扁平的,太陽在頭頂上直射,直立長杆都沒有陰影。

如果兩(liang) 根長竿在地麵上都投下陰影,而且陰影長度相等,那麽(me) 在扁平的地球上也說得通:太陽沒在頭頂,太陽光線以同樣的角度斜射在這兩(liang) 根長竿上。但是在同一時刻,在西恩納的長杆沒有陰影,而在亞(ya) 曆山大的長杆卻有明顯的陰影,這究竟是怎麽(me) 一回事呢?

對新鮮事物總是持懷疑態度的人認為(wei) ,是書(shu) 寫(xie) 錯了。但厄拉多塞認為(wei) ,這是個(ge) 明顯的事實,不可能寫(xie) 錯。唯一可能的答案是:地球的表麵是弧形的,而且弧度越大,陰影長度的差別就越大。因為(wei) 太陽離我們(men) 十分遙遠,所以照射地球的陽光是平行的。長竿與(yu) 太陽光線的夾角不同,它們(men) 在地麵上投下陰影的長度也不同。

厄拉多塞通過測量在亞(ya) 曆山大的杆長和影長,得出太陽光線與(yu) 杆的夾角為(wei) 7°,根據平麵幾何內(nei) 錯角相等,得出兩(liang) 地長竿在地心的交角為(wei) 7°。厄拉多塞雇人走路,測出從(cong) 亞(ya) 曆山大到西恩納之間的距離為(wei) 800千米。800千米除以7°,得出1°對應的長度,地球周長為(wei) 360°,乘以360°,就得出地球周長,大約為(wei) 4萬(wan) 千米。這個(ge) 答案是正確的。

在2000多年前,厄拉多塞憑借廣泛的閱讀,非凡的洞察力和智慧,以及對實驗的興(xing) 趣,利用極其簡單的工具——長杆,就測出了地球的大小,誤差隻有百分之幾。

在公元後150年,托勒密(Claudius Ptolemy)通過測量老人星(Canopus),也測量地球大小,但誤差比較大。

當知道地球是一個(ge) 直徑不太大的圓球時,難道人們(men) 不想去嚐試環球航行嗎?

是的,一直有許多人嚐試環球航行,但直到1522年才成功,葡萄牙航海家麥哲侖(lun) (Ferdinand Magellan)的船隊完成了這一偉(wei) 大壯舉(ju) ,首次用行動證明大地真的是球形。

 





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