我們已經生活在21世紀了,現在我們討論的是有關宇宙的起源和本質性這種更加深奧的問題,但還有人依舊在糾結一個讓人哭笑不得的問題,地球是個球嗎?他們總是抱著一種自己看不見就不相信的態度,總是相信自己的直覺一眼望去地球是平的,認為地球南北極有高高的冰牆擋著,國外還有個老頭自製火箭想飛上一萬米高空,想看看究竟地球是什麼樣的,結果飛到400米就墜毀了,隨後被救援隊救下,所幸生命無大礙,這個腦洞真是讓人擔憂。那在我們日常生活中,我們怎樣判斷我們居住的地球是個球呢?今天小編就說下人類最早關於地球是個球形的實驗,也是最簡單的方法。
人類首次對地球形狀的判斷—立竿見影
據信公元前275年的古希臘數學家(這個時候我國正處在春秋戰國時期)埃拉托色尼曾使用兩支長度相同的立杆,一支放在亞斯文,另一支放在亞歷山大,兩地在同一經線上,在一天中的同一時刻,他觀測、記錄並比較了杆影的長度。也許當時他的工作得到了某個同事的幫助,也許他是隻身從亞斯文趕到亞歷山大,在不同兩天中的同一時刻完成的觀測和記錄。但這一點並不太重要。大家就不必糾結他怎麼同時測量的,畢竟是相當於春秋戰國時期的事了,就當一個美麗的神話吧。重要的是埃拉托色尼發現了,在一天中的同一時刻這兩支杆的影子長度並不相同。
在這一點上埃拉托色尼確實有著非凡的洞察力,他的每一支立杆都是與地面嚴格地垂直的。對這個實驗埃拉托色尼進行了一番推理,他認為,假定地面是平的,那麼這兩支立杆就是嚴格平行的,由於太陽距離的遙遠,陽光是平行地照射到兩支立杆上的。那麼,這兩隻豎立在不同地方的立杆影子的長度在一天中的任何時刻都應該是相等的。上述的例子實際上是歐幾里得幾何學的簡單應用,即初等幾何學的應用。如果大地是平的,當太陽垂直照射一支立杆時,這支立杆沒有影子;而另一隻也同樣應該沒有影子。可是埃拉托色尼的觀測結果卻表明了,在一支立杆沒有影子的同時,另一支立杆卻出現了影子。從埃拉托色尼的詳細記錄中可以看到,在兩個地方的兩支立杆在一天中同一時刻影子的長度總是不相等的。(怎麼記錄的就不要糾結了)在這種情況下只能有一種解釋,即雖然兩支立杆都嚴格地垂直於地面,但它們並不是平行的。這種情況只有當地面是彎曲的時候才可能發生。
地球是球形的兩個最直接的判斷
遠處船的桅杆埃拉托色尼的發現並沒有讓古希臘人感到特別意外。他們早就懷疑大地的形狀可能是彎曲的,因為他們很熟悉在大海中航行的船。在遠處的船看起來總是在地平線上從船的最上部開始出現,如果大地的形狀不是彎曲的,怎麼會有這種現象發生呢?
地球留在月球的圓形影子埃拉托西尼的觀點同時也能解釋,為什麼在薩摩斯和亞歷山大看到的夜空是不盡相同的。它也對亞里士多德對月食的觀察給出了進一步確認(亞里士多德曾指出假如地球不是球形的而是其他種類曲面形狀的,那麼地球就不會總在月球上形成一個圓形的影子)而且,在重複進行了立杆實驗和另外一些觀測之後,得到的結果總是相同的。這就是基礎科學,埃拉托色尼和他的古希臘同胞們科學地證明了地球是球形的。
地球周長的測量
埃拉托色尼並沒有停留在這一點上止步不前。他進一步地推論,人們可以沿著每一支立杆畫一條想像的延長線到地球的內部,那麼兩支立杆延長線的交點必然就是地球的中心。再次使用歐幾里得幾何學,就可以計算出兩條延長線的夾角。如果一支立杆處在太陽光垂直照射而沒有影子的狀態,那麼上述夾角的大小應該等於另一支立杆和從它的頂端到它的影子末端之間連線的夾角。這一點聽起來好像頗為複雜,但是只要通過一張簡單的圖就很容易明白。
顯然,埃拉托色尼是知道從亞斯文到亞歷山大的距離的(換句話說就是他的兩支立杆之間的距離)。所以,他也就知道了上面那個夾角所對應的在地球表面的弧長。根據這個弧長及其對應的角度,他也就能計算出整個地球的周長的大小。這樣,他就不僅證明了地球是球形的他也得到了一種可以測量地球周長的方法。埃拉托西尼得到的關於地球周長的結果與我們今天的結果非常接近。
這幾個典型的例子都可以在日常生活中佐證我們的地球確實是球形的,並不需要飛上太空去看。