我们已经生活在21世纪了,现在我们讨论的是有关宇宙的起源和本质性这种更加深奥的问题,但还有人依旧在纠结一个让人哭笑不得的问题,地球是个球吗?他们总是抱着一种自己看不见就不相信的态度,总是相信自己的直觉一眼望去地球是平的,认为地球南北极有高高的冰墙挡着,国外还有个老头自制火箭想飞上一万米高空,想看看究竟地球是什么样的,结果飞到400米就坠毁了,随后被救援队救下,所幸生命无大碍,这个脑洞真是让人担忧。那在我们日常生活中,我们怎样判断我们居住的地球是个球呢?今天小编就说下人类最早关于地球是个球形的实验,也是最简单的方法。
人类首次对地球形状的判断—立竿见影
据信公元前275年的古希腊数学家(这个时候我国正处在春秋战国时期)埃拉托色尼曾使用两支长度相同的立杆,一支放在阿斯旺,另一支放在亚历山大,两地在同一经线上,在一天中的同一时刻,他观测、记录并比较了杆影的长度。也许当时他的工作得到了某个同事的帮助,也许他是只身从阿斯旺赶到亚历山大,在不同两天中的同一时刻完成的观测和记录。但这一点并不太重要。大家就不必纠结他怎么同时测量的,毕竟是相当于春秋战国时期的事了,就当一个美丽的神话吧。重要的是埃拉托色尼发现了,在一天中的同一时刻这两支杆的影子长度并不相同。
在这一点上埃拉托色尼确实有着非凡的洞察力,他的每一支立杆都是与地面严格地垂直的。对这个实验埃拉托色尼进行了一番推理,他认为,假定地面是平的,那么这两支立杆就是严格平行的,由于太阳距离的遥远,阳光是平行地照射到两支立杆上的。那么,这两只竖立在不同地方的立杆影子的长度在一天中的任何时刻都应该是相等的。上述的例子实际上是欧几里得几何学的简单应用,即初等几何学的应用。如果大地是平的,当太阳垂直照射一支立杆时,这支立杆没有影子;而另一只也同样应该没有影子。可是埃拉托色尼的观测结果却表明了,在一支立杆没有影子的同时,另一支立杆却出现了影子。从埃拉托色尼的详细记录中可以看到,在两个地方的两支立杆在一天中同一时刻影子的长度总是不相等的。(怎么记录的就不要纠结了)在这种情况下只能有一种解释,即虽然两支立杆都严格地垂直于地面,但它们并不是平行的。这种情况只有当地面是弯曲的时候才可能发生。
地球是球形的两个最直接的判断
远处船的桅杆埃拉托色尼的发现并没有让古希腊人感到特别意外。他们早就怀疑大地的形状可能是弯曲的,因为他们很熟悉在大海中航行的船。在远处的船看起来总是在地平线上从船的最上部开始出现,如果大地的形状不是弯曲的,怎么会有这种现象发生呢?
地球留在月球的圆形影子埃拉托西尼的观点同时也能解释,为什么在萨摩斯和亚历山大看到的夜空是不尽相同的。它也对亚里士多德对月食的观察给出了进一步确认(亚里士多德曾指出假如地球不是球形的而是其他种类曲面形状的,那么地球就不会总在月球上形成一个圆形的影子)而且,在重复进行了立杆实验和另外一些观测之后,得到的结果总是相同的。这就是基础科学,埃拉托色尼和他的古希腊同胞们科学地证明了地球是球形的。
地球周长的测量
埃拉托色尼并没有停留在这一点上止步不前。他进一步地推论,人们可以沿着每一支立杆画一条想象的延长线到地球的内部,那么两支立杆延长线的交点必然就是地球的中心。再次使用欧几里得几何学,就可以计算出两条延长线的夹角。如果一支立杆处在太阳光垂直照射而没有影子的状态,那么上述夹角的大小应该等于另一支立杆和从它的顶端到它的影子末端之间连线的夹角。这一点听起来好像颇为复杂,但是只要通过一张简单的图就很容易明白。
显然,埃拉托色尼是知道从阿斯旺到亚历山大的距离的(换句话说就是他的两支立杆之间的距离)。所以,他也就知道了上面那个夹角所对应的在地球表面的弧长。根据这个弧长及其对应的角度,他也就能计算出整个地球的周长的大小。这样,他就不仅证明了地球是球形的他也得到了一种可以测量地球周长的方法。埃拉托西尼得到的关于地球周长的结果与我们今天的结果非常接近。
这几个典型的例子都可以在日常生活中佐证我们的地球确实是球形的,并不需要飞上太空去看。