如何丈量地球?看看两千年前古人的硬核操作

发布时间:2021-10-15 发表于话题:古印度距离现在多少年了 点击:78 当前位置:黄埔网 > 文化 > 如何丈量地球?看看两千年前古人的硬核操作 手机阅读

我们居住的世界是什么样的?古代的人们有着各种各样的想象:我国古人认为天是圆的,地是方的,而且有尽头;古埃及人认为地球像一个漂浮在海洋上的盘子;想象力丰富的古印度人甚至认为地球是驮在大象背上的。

公元前6世纪,古希腊数学家、哲学家毕达哥拉斯观察到,当帆船向地平线驶去时,看上去像是在下沉。他在历史上第一次提出了“地球是球体”这一观点。虽然在当时的条件下,还无法给出严谨的证明,但是古希腊的学者们已经开始思考地球的“尺寸”了。

地球究竟有多大呢?今天的我们只要简单搜索就能很快得到答案。但是对于两千多年前的古人而言,这个问题可一点儿都不简单。这里就不能不提到我们今天的主人公——第一个较为准确地测量出地球周长的古希腊伟大的科学家——埃拉托色尼

埃拉托色尼(Eratosthenes,公元前276年一前194年)生于希腊在非洲北部的殖民地昔兰尼。他自幼接受良好的教育,兴趣广泛,博学多闻,是古希腊著名的数学家,历史学家,诗人,同时在天文学和地理学方面也深有造诣。

公元前240年,受当时的埃及法老托勒密三世之命,埃拉托色尼成为亚历山大图书馆馆长兼研究员。他充分利用图书馆的文献资料,综合了天文和地理两个领域的学识,完成了《地球大小的修正》《地理学概论》两本著作。其中第一本著作记录着测量地球周长的方法,原始文本如今已经遗失,但是通过后来学者的记述,我们可以基本还原出这个2200年前的伟大实验。

简要来说,埃拉托色尼的方法是:选择同一经线上的两个地点——赛因(Syene,在今天的阿斯旺)亚历山大港,在夏至日那天测量两地物体影子的长度。

赛因处于一个特殊的位置。当地有一口深井,夏至日那天太阳光可直射井底。这一现象闻名已久,吸引着许多旅行家前来观赏奇景。今天我们知道,这是因为赛因正好位于北回归线上,夏至日的太阳正好位于天顶,此时可以近似认为阳光的延长线穿过地心。

与此同时,他在亚历山大港选择了一座高大的方尖石塔作参照,测量了夏至日那天石塔影子的长度,从而计算出方尖石塔和太阳光线之间的角度为7°12′,即相当于圆周角360°的1/50。他假设地球上不同位置的阳光都是平行的,根据内错角相等的原理,赛因到亚历山大港对应的地心角度也是7°12′,这一角度对应的弧长,即从赛因到亚历山大港的距离,应该相当于地球周长的1/50。

埃拉托色尼随后查找测地资料,同时询问当地商人,得知这两个城市的距离是5000希腊里(Stadia)。把这个距离乘以50,可知地球的周长为25万希腊里。

希腊里的具体长度存在争议:如果按雅典的长度单位,1希腊里大约等于185米,由此得到地球的周长是46000多千米;如按埃及长度单位,1希腊里等于157.5米,算得地球周长约为39000多千米。

今天我们测出的地球周长大约是40076千米,虽然我们不知道埃拉托色尼具体使用的是哪种单位,但可以确定的是,他使用了科学的测量方法得出了比较准确的结果,这是非常了不起的成就,注定永载史册。

除了测量地球周长之外,埃拉托色尼还利用月食过程中得到的数据测量出日地距离为8.04亿希腊里、地月距离为78万希腊里。如果按照1希腊里等于现在的185米计算,8.04亿希腊里大约等于1.487亿千米(精确到2%),这与真实的日地距离(约1.5亿千米)非常接近。因此,埃拉托色尼有可能还是第一个较为准确测量出日地距离的人。

更令人惊讶的是,托勒密曾在著作中提到,埃拉托色尼测量出地轴的倾角是180°的11/83,也就是23° 51' ,这与今天的测量结果(约23° 26' )也非常接近。只可惜埃拉托色尼的著作大多遗失,他是否真的测出了日地距离、地轴倾角,具体是采用的什么方法等都还有待考证。

除了天文学和地理学,埃拉托色尼还有一项重要的贡献,便是创造出一种筛选素数(质数)的方法,被称为埃拉托色尼筛法(sieve of Eratosthenes)

素数(Prime number),又称质数,是指在大于1的自然数中,除了1和该数自身外,无法被其他自然数整除的数,如2、3、5、7等;而可以被其它自然数整除的数则被称为合数,如4、6、8等。埃拉托色尼筛法的基本原理是从2开始,将每个素数的各个倍数标记成合数,剩下未标记的便是素数。埃拉托斯特尼筛法是列出所有小素数最有效的方法之一,如今寻找素数的算法也是由它改进而来。

埃拉托色尼以超越时代的眼光推动了多个学科的发展。与他的成就相比,或许他对科学的求索精神更值得我们学习。

直到16世纪早期,麦哲伦的舰队完成了环球航行,人类才最终证实了地球是球体,那时距离埃拉托色尼丈量地球的故事已经过去了1700多年。时过境迁,人们探索世界的热情却从未退却,直到今天,这份热情依然把不同时代的探索科学奥秘的人们连在一起。

本文来源:https://www.huangpucn.com/info/191769.html

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