2200多年前,一名學者測出了地球周長,與現代測量值僅偏差7%

网瘾少女 2022/02/17 檢舉 我要評論
 

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如果現在要問 地球的赤道周長是多少,直接上網去搜就可以得到,科學家們甚至可以 把這些資料精確到小數點後N位

地球赤道周長估算數值

就算不知道,上過高中物理課的也可以自己通過萬有引力方程計算,已知地球的質量,計算出地球的半徑,再根據公式計算出地球的赤道周長。可是 2200多年前,人們連基本的天體知識都沒有,卻依然有人 計算出了地球的周長

地球的資料

如果將我們的地球看做一個比較標準的球體,那麼它的 最大周長約為4萬公里。不光是地球的 周長,我們連地球的 逃逸速度離心率等冷門資料都能知道。在當今科學面前,我們已經計算出了太陽系各個天體的各種資料,只有人們想不到的,沒有算不出來的。

太陽系八大行星

然而很少有人知道,天文學這一知識范疇,真正成為一門學科的時間其實很短,它甚至與 經典物理學誕生的時間差不多。

人類觀察太空的時間很早,早到文明沒有誕生之前就已經發現了日月星辰。可是人類一開始的目的是為了預測未來,于是在古代,天文學被歸為了玄學一類,叫做 占星學,根據星象來判斷運勢。以至于人類在觀察的過程中生出了自傲的錯覺, 認為地球是宇宙的中心

這就是傳說中的「地心說」

所以很多人都認為這些地球的資料是在近現代才逐漸被測量和計算出來的,事實上有一些地球的資料早在古代就已經存在了,只不過 因為各種原因與現代測量值之間有誤差

2200多年前的測量

今天的埃及有一座城市,叫做 亞歷山大城,這座以人物名字命名的城市,是古代西方的知識中心,這裡有著古典時期最大的圖書館。城市的建立者 亞歷山大大帝,他的老師就是古希臘著名的 亞里斯多德,因此他本人對于科學與知識十分看重,這種風氣很快席捲了整個歐洲地區。

亞里斯多德是一位百科全書式的科學家

學者 艾拉托色尼,地理學之父,他在著作裡第一次提出了「 地理」這個概念,同時他還是一位 出色的數學家與天文學家。艾拉托色尼出生在希臘在北非的殖民地,接受過良好的教育,成年後前往了當時世界上最繁華的城市之一—— 亞歷山大城

到達那裡後艾拉托色尼擔任了埃及國王的皇家教師,兼任亞歷山大圖書館的管理員。于是 在工作之餘,艾拉托色尼可以閱讀很多書籍,這為他之後的成就打下了堅實的基礎。

艾拉托色尼

細心的艾拉托色尼發現,每天中午時分,亞歷山大城的樹木、花草會失去一段時間的影子,過了一會,影子又會出現,由短到長,最後太陽落山,黑夜降臨。這個原因在當時很好解釋,太陽 東升西落,中午的時候正好是當空照,所以物體沒有影子。但 艾拉托色尼卻覺得,可以用這個方法計算出地球的周長

他以亞歷山大城的中軸線為子午線,準備利用影子來計算,在那之前,他需要找到一個與亞歷山大城位于同一子午線的城市,他找到了 西恩納(位于今天埃及的 阿斯旺)。

如今的阿斯旺省

在夏至這天,艾拉托色尼在正午時分測量西恩納的影子傾角,又在第二年的同一時間測量在亞歷山大城的太陽光夾角,再利用泰勒斯的定律,得到了亞歷山大城與西恩納的夾角,為 7度12分

亞歷山大城與西恩納之間有貿易往來,因此雙方城市的管理者 將兩地的距離記錄了下來,艾拉托色尼在圖書館裡面就能查到。這樣他就得到了一個等腰三角形,頂角7度12分,底邊長度800公里,兩腰的長度是地球赤道半徑, 利用三角函數就可以計算出等腰三角形的腰長。

艾拉托色尼測定地球周長

經過一系列計算,艾拉托色尼得到了自己的結果,地球的周長為39690公里,與現代的測量值40075.02 公里, 僅僅偏差了7%

誤差的來源

雖然艾拉托色尼的資料與現代有差距,但不可否認,能在2200多年前測量出如此接近的數值, 已經非常了不起了

人類對地球的好奇程度一直是有增無減

艾拉托色尼測量並計算的地球周長之所以有誤差,有兩個主要的原因。第一就是,亞歷山大城與西恩納 並非在同一經度。根據現代衛星的測量資料,亞歷山大城的位置是北緯31°12’,東經29°15’。而西恩納,現在的名字叫阿斯旺,位置在北緯23°35’, 東經32°31’, 經度上有大約3°的誤差。艾拉托色尼將二者放在了同一子午線,也就是同一經度進行的計算。

兩地位置

第二, 亞歷山大城與西恩納的距離也不是他計算時用的800公里,根據今天的衛星導航,兩地的距離為838.2公里。古代沒有精確的測量工具,艾拉托色尼直接去書裡尋找的資料。這個距離是當時的商人們往返兩地後得出的經驗結論, 並不是真正的測量結果。採用今天的精確資料進行計算,結果就是大約4萬公里。

因為這兩個誤差,最終導致艾拉托色尼的資料出現了偏差,不過我們不能用這7%否定他的努力,要知道這可是西元前200多年,不要說萬有引力了,就連天文學都沒有真正誕生。 艾拉托色尼能得出這樣的結論,無愧于他「地理學之父」的稱號

艾拉托色尼:不愧是我

地理之父

除了計算地球的周長,艾拉托色尼還出版了很多著作,其中的《 地理學概論》被認為是地理學著作的開山鼻祖,這裡面他 第一次使用了「地理」這個詞語,奠定了後世的研究方向。

艾拉托色尼認同亞里斯多德的理論, 地球是球形,並且上面有是三個洲,分別是歐洲、亞洲和非洲,並且有一個熱帶,兩個溫帶和寒帶。

古人構想中的 地球板塊

這些說法在今天看來不僅簡單而且還有錯誤,比如 當今世界一共有七個大洲,溫度帶也被細分為熱帶、亞熱帶、溫帶和寒帶,甚至還有亞熱帶季風氣候、地中海氣候等 更明確的氣候帶劃分

七大洲板塊輪廓

然而能在2200年前能有這樣的意識,已經超越了99.99%的人。 這本書裡還介紹了地球上的地貌,比如山川、河流、海峽、海灣等,雖然艾拉托色尼 一生沒有浪跡天涯,但他在圖書館裡的日子,已經遊遍了世界上的各大景色。

作為當時埃及國王的老師,艾拉托色尼的另一個任務就是 為皇室繪製一幅詳細的地圖。在這個過程中,艾拉托色尼發現了傳統的愛奧尼亞地圖有不足之處,于是決定使用一種新的方法確定地圖上的位置。他引入了網格概念,在地圖上劃上縱橫交錯的網格,這是 最早的經緯線。他還引入了「 普林特」和「 斯弗拉吉德斯」框格,輔助標注地圖上的位置。

人們還原的艾拉托色尼經緯線

燦爛的古典時期

人們將西元前5世紀至西元4世紀這段時間泛稱為歐洲的 古典時期,也就是歐洲的古代,我們也習慣稱之為 古希臘-羅馬文明時期。這是歐洲歷史上最燦爛的時代,尤其是對比接下來所謂的 黑暗中世紀,更加 凸顯了古典時期的偉大。

我們現在所學習的各種科學知識,最典型的就是數理化,全部起源于近現代的歐洲,比如 笛卡爾的座標牛頓的物理拉瓦錫的化學等,包括後面的工業革命,都受到了古典時期的影響, 這一切的起源都在古希臘時期。

古希臘范圍

第一個測量地球周長的艾拉托色尼,便是古典時期的著名代表人物。後世認為他 對于近現代的貢獻僅次于亞里斯多德,如果用α(希臘字母的第一個)表示亞里斯多德,那麼艾拉托色尼就是β(希臘字母的第二個)。

艾拉托色尼(左)與亞里斯多德(右)

有人做了一個比喻,古代的亞里斯多德、艾拉托色尼等人挖了一個山洞,僅僅可以容納下少數人。後世的伽利略、牛頓等人繼續拓寬山洞,再到 後來直接在此基礎上建造高樓,一棟不夠還要繼續修建,最後名為科學的高樓群陸續出現, 組成了豐富的科學世界

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