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古代科学家首次估计地球的大小,将会有怎样 [复制链接]

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在很久很久以前,人们无疑发现“天”是很远的。因为,无论你站在地上,爬到树上,还是攀至山巅,天穹总是显得那么高,日月星辰始终是那么远。有什么办法知道星星的距离呢?

曾经,人们以为地球就是宇宙的中心,以为太阳、月亮、行星和恒星都绕着地球转,以为所有的恒星都镶嵌在一个透明的球(也许是个硕大无朋的水晶球)上,这个球就叫作“恒星天球”,或者叫作“恒星天”。对恒星天的距离有过种种猜测,就像对“月亮天”“太阳天”“水星天”……的距离有过种种猜测一样。

古希腊有一位聪明的哲学家和数学家,名叫毕达哥拉斯(Pythagoras,约前—约前)。他出生于爱琴海中的萨摩斯岛(Samos),后来创立了一种有点神秘色彩的学派,即毕达哥拉斯学派。这一学派对数学和天文学很感兴趣。例如,毕达哥拉斯本人发现,在直角三角形中,两直角边的平方之和恰好就等于斜边的平方。学过初等几何的人都知道,这正是“勾股定理”,西方人称之为“毕达哥拉斯定理”。

毕达哥拉斯对声学也很有研究。他发现乐器的琴弦做得越短,发出的音调就越高。例如,一根琴弦的长度比另一根长一倍,那么它发出的声音恰恰低八度。如果琴弦长度的比例为3∶2,就会产生所谓五度音程。增加琴弦的张力,音调也会随之提高。于是,研究声学就成了物理学的一个分支。毕达哥拉斯认为宇宙极端美妙和谐,其表现之一便是八重天的高度恰好与八度音的音高成正比。这种想法在今天看来不免可笑,但对于多年前的古希腊人来说,不正是对“星星离我们有多远”的一种猜测吗?

中国古籍《列子·汤问》中有一个著名的故事,叫作“两小儿辩日”。其中一个小孩说早晨的太阳离我们更近些,因为它看起来较大;另一小孩则说中午的太阳离大地更近,因为它比早晨的太阳热得多。他俩当然不知道太阳究竟有多远,可是“太阳的远近”这个问题却提出来了。估算天体绝对尺度的第一级入门之阶,是测量地球本身的大小。那已经是多年前的事情了。当时的古埃及有一座非常繁华的城市——亚历山大城,多少年来西方人赞不绝口的“世界七大奇迹”之一亚历山大灯塔,就屹立在从地中海进入亚历山大港的咽喉之地法罗斯岛上。

亚历山大城的大图书馆是当时世界上最先进的文化中心,令人痛惜的是,大约在公元前3世纪,一场大火吞噬了图书馆本身和它的全部馆藏。亚历山大城图书馆曾有一位名叫埃拉托色尼(Eratosthenes,约前—约前)的馆长。他是阿基米德(Archimedes,约前—约前)的朋友,不仅通晓天文学、地理学,而且还是历史学家。他绘制当时所知的世界地图,从不列颠群岛到锡兰(今斯里兰卡),从里海到埃塞俄比亚,胜过在他之前所绘制的任何地图。

在天文学方面,埃拉托色尼确定了地球赤道平面与太阳周年视运动平面(即“黄道面”)所交的角度,也就是测定了“黄赤交角”的大小。他还绘制了包含颗恒星的星图。不过,他最惊人的成就,还是在公元前年测定了地球的大小。埃拉托色尼思索着这样一个事实:6月21日夏至这天正午,太阳在塞恩城(今埃及的阿斯旺)正当头顶,但在塞恩城北面0希腊里(1希腊里=.5米)的亚历山大城,这时的太阳却不在头顶(图5)。在那儿,阳光对铅垂线倾斜了一个小小的角度z(约7.2°),这个角度正好等于一个圆周的1/50。埃拉托色尼认识到,造成这种差异的原因必定是由于大地表面的弯曲。既然经过从塞恩城到亚历山大城的这0希腊里(约千米),地球表面弯曲了一个圆周的1/50,那么整个地球的周长应该是多少希腊里,或者多少千米呢?

当然,这里有一个前提,那就是古希腊人接受大地呈球形这一观念。从唯美的信念出发,球形也是所有形体中最匀称最完美的构形。对埃拉托色尼来说,这样的数学问题真是太简单了。今天一位聪明的小学生就能算出它的答案,结果是:地球的周长为×50=千米,地球的直径则约为千米。它与今天用现代技术测量的结果接近得真是令人吃惊。如今,人们知道地球的平均直径约为千米,周长则约为千米。

埃拉托色尼80岁时双目失明,精疲力竭,最后绝食而亡。很可惜的是,古希腊人并未普遍接受他得出的关于地球大小的这个准确数值。大约在公元前年,另一位古希腊天文学家波西冬尼斯(Posidonius,约前—约前50)用同样的方法重复了埃拉托色尼的工作。他在测量中利用的不是太阳,而是老人星(船底α)。波西冬尼斯不如埃拉托色尼测得那么准确,得到的地球周长仅为18万希腊里,即千米。

结果,从古希腊最后一位杰出的天文学家托勒玫(Ptolemy,拉丁名为ClaudiusPtolemaeus,约90—约)直到发现新大陆的航海探险家哥伦布(ChristopherColumbus,约—),都采用了波西冬尼斯这一过于小的数字。到了葡萄牙探险家麦哲伦(FerdinandMagellan,约—)船队的幸存者们历尽艰难险阻,终于在年环绕地球一周回到欧洲后,才纠正了这一错误。

不过,在麦哲伦之前年,在欧亚大陆的另一端,就进行了世界上第一次大规模的子午线实地测量。想知道结果如何嘛?那就

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