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天月星

人类是如何最早测出地球周长的?

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在公元前3世纪的古希腊,有一个“上知天文下知地理”的全才数学家埃拉托斯芬,并且爱好广泛,在作诗与运动等都很优秀。不过在同时期的阿基米德的光环下,他被屈居第二。

人们总会善记第一,而易忘第二,于是后世总将他遗忘。

天月星
(图片来源网络,侵删)

不过埃拉托斯芬与阿基米德交往频繁,在他们一次讨论地球到底有多大时,埃拉托斯芬提出了一个“测算地球周长”的办法。

在埃拉托斯芬所在的亚历山大城中,正南方的785km之处的塞尼城内,有一口枯井。只要一到夏季的夏至那天,太阳就会直射井底。


他在夏至一天的正中午时分,在井底立了一条小木棍,测出来太阳光的夹角是7.2⁰(360⁰×1/50)。由于地球与太阳距离很远,以将阳光看作平行的光线。

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(图片来源网络,侵删)

在数学的平行线定理中∠1=∠2就是他计算而来的。

他将∠2设为圆心角,由圆心角定理的“度数=它所对弧度数”,求得弧度数=7.2⁰。

亚历山大城与塞尼城的距离圆弧的长度,就等于圆周长度1/50,也就是这段距离正是地球周长的1/50。于是只要测出两城距离,再×50倍就会得出地球周长。

天月星
(图片来源网络,侵删)

埃拉托斯芬测算出的地球周长是39250km。

这个非常简单。首先根据观察得知地球是球形的。这个通过观察星与月的区别,太阳,月,远近,就知,远处星,没太阳月光强,是因为更远。之后,猜测星或许如太阳,月一样多是球形。推理,地也可能是球形,再根据月食,日食,推测,地为球形。 之后,一天太阳月星东升西落,推测知,地球在自转。观察北极星不动,得知自转轴线。古人推测出,天赤道,黄道。地球赤道, 之后,只要在赤道上根据时差的两地距离,用钟表,测准。 这样推算一天时间,乘以所测距离,就是地球赤道长度。不在赤道,可以用几何关系,换算成赤道长度。

很高兴能回答您提出的问题。

2000多年前,有人用简单的测量工具计算出地球的周长,这个人就是古希腊的埃拉托色尼(约公元前275—前194)。

埃拉托色尼将天文学与测地学结合起来,第一个提出设想,即在夏至那天,分别在两地同时观察太阳的位置,并根据地物阴影的长度的差异,加以研究分析,从而总结出计算地球圆周的科学方法。

测量过程是这样的:埃拉托色尼选择同一子午线上的两地:西恩(Syene,今天的阿斯旺)和亚历山大港,观察在夏至那天进行太阳的位置并进行比较。在西恩纳附近,尼罗河的一个河心岛洲上,有一口深井,夏至日那天太阳光可直射井底,这表明太阳在夏至正好位于天顶。与此同时,他在亚历山大里亚选择了一个很高的方尖塔作参照,并测量了夏至日那天塔的阴影长度,这样就可以量出直立的方尖塔和太阳光射线之间的角度。

然后,他运用泰勒斯的数学定律,即一条射线穿过两条平行线时,它们的对角相等。埃拉托色尼通过观测得到了这一角度为7°12′,即相当于圆周角360°的1/50。由此表明,这一角度对应的弧长,即从西恩纳到亚历山大里亚的距离,应相当于地球周长的1/50。然后,埃拉托色尼借助***测量员的测地资料,测量得到这两个城市的距离是5000希腊里(古代希腊的一种长度单位,约为现在的157.5米)。再乘以50即可得到地球的周长,结果为25万希腊里。为了符合传统的圆周60等分制,埃拉托色尼将这一数值提高到252000希腊里,以便能被60除尽。通过换算,当时测算出的地球圆周长约为39375公里,经埃拉托色尼修订后为39360公里,与地球实际周长(40009.88公里)已经非常相近了。

从《中国科学思想史》中可以看到,作者从战国时期的《慎子》中的这段话“天体如弹丸,其势斜倚”来说明慎子“似乎天才地猜测过地球是圆形的”,作者还说,西汉初的《淮南子》也试图测量地球的大小。

作者同时还提到欧洲在公元前二世纪有一位叫埃拉托色尼的古希腊学者在《地理学概论》中测算地球的周长为约二万五千英里。

作者提出虽然在这方面中国比欧洲落后,但是到了张衡的时代,中国人在地理学思想上奋起直追了。

作者指出“张衡肯定的说,地球是圆的”。还指出“张衡曾经测算出地球南北两极的纬度,分别在正北出地表三十六度和正南隐于地平三十六度。赤道由东西向横贯天球,赤道的去极经度各九十一度十六分度之五。还测算过天球的大小、地球在宇宙中的位置,以及地球和各类星体在运动时的距离变化。这些和测算地球大小似乎没有什么直接的关系,但却显示出一种活生生的多方面的接近真理的认识。”

应当说,从作者这段话看,张衡对地球的认识还是深刻的。

九段锦原文?

小心翼翼,朝朝暮暮,日短夜长,甜甜蜜蜜,反反复复,处处隰桑,多依爱村,清风抚仙,月星朗朗,蓝桥易乞,天孙河鼓,两地寻常,双鱼红叶,一载二三,流水曲觞,前世今生,古柏凌霄,依稀分香,滇池笑鸥,不比雁丘,戾天颉颃,翩跹逍遥,合什庄严,一时熙攘,念归去来,荷锄鸡舍,油菜花香。

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