地球的起源、大小和現(xiàn)狀的測量等

1、地球的起源地球起源問題是同太陽系的起源緊密相聯(lián)系的， 因此探討地球的起源問題， 首先了 解目前太陽系的三個主要特征是必要的。概括起來說，它們是：1. 太陽系中的八大行星， 都按反時針方向繞太陽公轉(zhuǎn)。 太陽本身也以同一方向自轉(zhuǎn)， 這 個特征稱為太陽系天體運(yùn)動的同向性。2. 上述行星繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道面， 非常接近于同一平面， 并且這個平面與太陽自轉(zhuǎn)赤道 面的夾角也不到 6°，這個特征稱為行星軌道運(yùn)動的共面性。3. 除水星外， 其它所有行星的繞日公轉(zhuǎn)軌道都很接近于圓軌道。 這個特征稱為行星軌道 運(yùn)動的近圓性。關(guān)于地球的起源問題， 已有相當(dāng)長的探討歷史了。 在古代， 人們就曾探討了包括地 球

2、在內(nèi)的天地萬物的形成問題，在此期間，逐漸形成了關(guān)于天地萬物起源的“創(chuàng)世說” 。其 中流傳最廣的要算是 圣經(jīng)中的創(chuàng)世說。在人類歷史上，創(chuàng)世說曾在相當(dāng)長的一段時期內(nèi) 占據(jù)了統(tǒng)治地位。自 1543 年波蘭天文學(xué)家哥白尼提出了日心說以后， 天體演化的討論突破 了宗教神學(xué)的桎梏，開始了對地球和太陽系起源問題的真正科學(xué)探討。 1644 年， 笛卡兒在他的哲學(xué)原理一書中提出了第一個太陽系起源的學(xué)說，他認(rèn)為太陽、 行星和衛(wèi)星是在宇宙物質(zhì)渦流式的運(yùn)動中形成的大小不同的旋渦里形成的。一個 世紀(jì)之后，布封于 1745 年在一般和特殊的自然史中提出第二個學(xué)說，認(rèn)為：一個巨量 的物體，假定是彗星，曾與太陽碰撞，使太陽的

3、物質(zhì)分裂為碎塊而飛散到太空中， 形成了地 球和行星。 事實(shí)上由于彗星的質(zhì)量一般都很小， 不可能從太陽上撞出足以形成地球和行星的大量物質(zhì)的。 在布封之后的 200 年間， 人們又提出了許多學(xué)說， 這些學(xué)說基本傾向于笛卡爾 的“一元論” ，即太陽和行星由同一原始?xì)怏w云凝縮而成；也有“二元論”觀點(diǎn)，即認(rèn)為行 星物質(zhì)是從太陽中分離出來的。 1755 年，著名德國古典哲學(xué)創(chuàng)始人康德提出“星云假說” 1796 年，法國著名數(shù)學(xué)和天文學(xué)家拉普拉斯在他的宇宙體系論一書中，獨(dú)立地提出了 另一種太陽系起源的星云假說。 由于拉普拉斯和康德的學(xué)說在基本論點(diǎn)上是一致的， 所以后 人稱兩者的學(xué)說為“康德拉普拉斯學(xué)說” 。

4、整個十九世紀(jì)，這種學(xué)說在天文學(xué)中一直占有 統(tǒng)治的地位。到 20 世紀(jì)初，由于康德拉普拉斯學(xué)說不能對太陽系的越來越多的觀測事實(shí)作出 令人滿意的解釋，致使“二元論”學(xué)說再度流行起來。 1900 年，美國地質(zhì)學(xué)家張伯倫提出 了一種太陽系起源的學(xué)說，稱為“星子學(xué)說” ；同年，摩耳頓( F. R. Moulton )發(fā)展了這個 學(xué)說，他認(rèn)為曾經(jīng)有一顆恒星運(yùn)動到離太陽很近的距離， 使太陽的正面和背面產(chǎn)生了巨大的 潮汐， 從而拋出大量物質(zhì)，逐漸凝聚成了許多固體團(tuán)塊或質(zhì)點(diǎn)，稱為星子， 進(jìn)一步聚合成為 行星和衛(wèi)星?，F(xiàn)代的研究表明，由于宇宙中恒星之間相距甚遠(yuǎn)，相互碰撞的可能性極小，因此， 摩耳頓的學(xué)說不能使人信服

5、。 由于所有災(zāi)變說的共同特點(diǎn)， 就是把太陽系的起源問題歸因于 某種極其偶然的事件，因此缺少充分的科學(xué)依據(jù)。著名的中國天文學(xué)家戴文賽先生于 1979 年提出了一種新的太陽系起源學(xué)說， 他認(rèn)為整個太陽系是由同一原始星云形成的。 這個星云 的主要成份是氣體及少量固體塵埃。 原始星云一開始就有自轉(zhuǎn)， 并同時因自引力而收縮， 形 成星云盤，中間部分演化為太陽，邊緣部分形成星云并進(jìn)一步吸積演化為行星。總的來說，關(guān)于太陽系的起源的學(xué)說已有40 多種。 20 世紀(jì)初期迅速流行起來的災(zāi)變說， 是對康德拉普拉斯星云說的挑戰(zhàn)； 本世紀(jì)中期興起的新的星云說， 是在康德拉普 拉斯學(xué)說基礎(chǔ)上建立起來的更加完善的解釋太陽系

6、起源的學(xué)說。 人們對地球和太陽系起源的 認(rèn)識也是在這種曲折的發(fā)展過程中得以深化的。至此，我們可以對形成原始地球的物質(zhì)和方式給出如下可能的結(jié)論。形成原始地球的物質(zhì)主要是上述星云盤的原始物質(zhì)，其組成主要是氫和氦，它們約占總質(zhì)量的 98。此 外，還有固體塵埃和太陽早期收縮演化階段拋出的物質(zhì)。 在地球的形成過程中， 由于物質(zhì)的 分化作用， 不斷有輕物質(zhì)隨氫和氦等揮發(fā)性物質(zhì)分離出來， 并被太陽光壓和太陽拋出的物質(zhì) 帶到太陽系的外部， 因此， 只有重物質(zhì)或土物質(zhì)凝聚起來逐漸形成了原始的地球， 并演化為 今天的地球。水星、金星和火星與地球一樣，由于距離太陽較近，可能有類似的形成方式， 它們保留了較多的重物質(zhì)

7、；而木星、 土星等外行星， 由于離太陽較遠(yuǎn)，至今還保留著較多的 輕物質(zhì)。 關(guān)于形成原始地球的方式， 盡管還存在很大的推測性， 但大部分研究者的看法與戴 文賽先生的結(jié)論一致， 即在上述星云盤形成之后， 由于引力的作用和引力的不穩(wěn)定性， 星云 盤內(nèi)的物質(zhì)，包括塵埃層，因碰撞吸積，形成許多原小行星或稱為星子，又經(jīng)過逐漸演化， 聚成行星，地球亦就在其中誕生了。 根據(jù)估計，地球的形成所需時間約為 1 千萬年至 1億年， 離太陽較近的行星（類地行星） ，形成時間較短，離太陽越遠(yuǎn)的行星，形成時間越長，甚至 可達(dá)數(shù)億年。至于原始的地球到底是高溫的還是低溫的， 科學(xué)家們也有不同的說法。 從古老的地球起 源學(xué)說出

8、發(fā)， 大多數(shù)人曾相信地球起初是一個熔融體， 經(jīng)過幾十億年的地質(zhì)演化歷程， 至今 地球仍保持著它的熱量。 現(xiàn)代研究的結(jié)果比較傾向地球低溫起源的學(xué)說。 地球的早期狀態(tài)究 竟是高溫的還是低溫的， 目前還存在著爭論。 然而無論是高溫起源說還是低溫起源說， 地球 總體上經(jīng)歷了一個由熱變冷的階段， 由于地球內(nèi)部又含有熱源， 因此這種變冷過程是極其緩 慢的，直到今天地球仍處于繼續(xù)變冷的過程中。最先提出“地球”概念的人是誰？“地球”這一概念， 有人認(rèn)為是古希臘學(xué)者亞里士多德最先提出的，經(jīng)考證，最早提出 這一概念的應(yīng)是亞里土多德的老師柏拉圖。 大約在公元前 4 世紀(jì)，柏拉圖從自然哲學(xué)的觀點(diǎn) 上認(rèn)為， 宇宙中最完

9、善的形式是球形， 因而人所居住的大地也應(yīng)該具備最完美的形式， 大地 只有呈球形才適應(yīng)“宇宙和諧性”和“數(shù)”的要求。當(dāng)時柏拉圖參加了古希臘的一個學(xué)術(shù)組 織，這個組織將他的研究成果視為組織內(nèi)部所有，對外嚴(yán)格保密，因此柏拉圖的“地球”觀 很長時間未得到傳播。 后來他的弟子亞里士多德接受了老師的觀點(diǎn)， 并在觀察了月食等大量 自然現(xiàn)象的基礎(chǔ)上大膽予以發(fā)表。地球的大小和質(zhì)量地球是一個龐大的球體， 面對這么大的球體， 人們用什么辦法能夠測出它的大小和質(zhì)量 呢?公元前 300 多年， 古希臘著名學(xué)者亞里士多德得出了地球是球體的結(jié)論，緊跟著， 古希臘的地理學(xué)家埃拉托色尼出色地完成了測量地球大小的工作。他巧妙地利

10、用太陽光線作參 照，測出亞歷山大港與阿斯旺兩地間的地面弧距， 再測出這兩地間的地面距離。 他利用這兩 個數(shù)據(jù)算出地球的周長大約為 39816 千米，與以前測算的結(jié)果相當(dāng)接近。現(xiàn)代的科學(xué)家們不僅可以在地面上用三角測量法對地球作精密的測算， 而且還可以利用 人造衛(wèi)星在空中對地球進(jìn)行精確測量，由此得出了地球大小的精確值。那么地球的質(zhì)量又是怎么測算出來的呢?有人也許會想，很簡單，地球體積和密度的乘積就是地球的質(zhì)量。 然而地球由表面到核心物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同， 密度變化很大， 用這種方法困難 很多?？茖W(xué)家們想到了萬有引力定律 : 任何兩個物體間都存在著一對相互吸引的力，這一對力 大小相等， 方向相反。其大小與兩

11、個物體的質(zhì)量乘積成正比， 與其間距離的平方成反比。利 用這一定律人們測出地球的質(zhì)量約為 5976x10 噸，即約為 60 萬億億噸，由地球的質(zhì)量和體 積，求出地球的平均密度約為 5.5 克/ 立方厘米。正因?yàn)榈厍蚓薮蟮馁|(zhì)量才產(chǎn)生了強(qiáng)大的引力。 在這強(qiáng)大引力的作用下， 不僅地球表面的 萬物都被緊緊地束縛在地球上，而且圍繞在地球周圍的大氣層也無法逃逸。地球大小的測定欲知任何一個球體的體積和面積， 首先要確定它的半徑。 地球是個近似的圓球體。 鉆井僅能深入地表 11 公里。因此由地表到地心這一半徑的長度是無法直接測量的。測量地 球的半徑只能用間接的方法。 如先測定一條經(jīng)線圈的周長， 之值。測量經(jīng)線圈

12、的周長， 只要知道經(jīng)線圈上一度的弧長，最早實(shí)測地球大小的是希臘天文學(xué)家埃拉托色尼斯。 球體，在埃及選擇了差不多同一條經(jīng)線上的兩個城市（圖 午，陽光垂直照射賽恩（ Syene）（今阿斯旺城附近）目前再從已知圓周長度來推算出半徑 就可以推算出整個圓周的長度了。 公元前兩百多年， 他認(rèn)定地球?yàn)檎?23）。六月二十二日夏至那天正 A），B），而同一時刻在亞歷三大城（。當(dāng)時又測知 從而求得整個經(jīng)線圈的長度。陽光與鉛垂線成 7.2?的角度。不難看出 ， 這一角度就是兩城之間的緯度差 兩城的距離為 5，000 埃及里。 這樣便可推算經(jīng)度一度的弧長， 經(jīng)線圈長度除以 2 ，便可獲得地球 R 的長度，即當(dāng)時測得

13、地球的半徑約合 6，2007，300 公里。這一數(shù)值與現(xiàn)代實(shí)測結(jié)果相比，是較 為接近的。我國在唐開十一年（公元 723 年），南宮說與僧一行（張遂）合作，在今河南省內(nèi)進(jìn)行 了歷史上最早的大規(guī)模弧度測量。測得經(jīng)線一度的弧長約合 132.2 公里。 這一數(shù)值雖然比現(xiàn) 代所測數(shù)值大了 20%，但也足以說明我國古代在天文、 大地測量方面已具有很高的水平。 雖 然當(dāng)時沒有進(jìn)一步推算出地球的半徑，但實(shí)際上是完成了地球大小的測量工作。近代大地測量中應(yīng)用的原理和上述方法一樣， 只是用測恒星代替測太陽的方法來表示定 兩地的緯度差。 即在同一經(jīng)線上相距很遠(yuǎn)的兩地 A和 B，同時測同一恒星和該兩地鉛垂線間的夾角，即

14、恒星的天頂距 ZA和 ZB （圖 2-4）。兩個天頂距的差值 Z A ZB就是該兩地的緯 度差 。A、 B 兩地的距離可用三角測量法測出。這樣的方法所測的結(jié)果顯然比古代的精度提高了。但實(shí)際應(yīng)用上，測量和計算都很復(fù)雜，這里就不作介紹了。1979 年，根據(jù)大地測量和地球物理協(xié)會決議，采用有關(guān)地球形狀，大小和重力的數(shù)據(jù) 如下：6,378,137 米6,356,752 米6,371,008 米地球的赤道半徑 a 地球的極半徑 b2ab地球的平均半徑 3ab地球的扁率 a 1/298.257地球的形狀太陽是球體，月亮是球體，沒有人懷疑， 因?yàn)榇蠹叶即_確實(shí)實(shí)地遙望到了。 可是人們生 活在大地上， 在宇宙航

15、行以前， 不能像觀察太陽和月亮那樣去眺望地球。 地球比起人類的視 野又是如此地廣大， 人們佇立在地面上， 所看到的只是自己眼界所能達(dá)到的一小部分， 就是 四周被地平線所限制約以 4.6 公里為半徑范圍內(nèi)的一塊平地視地平， 因而對地球的形狀 產(chǎn)生過種種從直覺出發(fā)的推測。我國古代就有“天圓如張蓋，地方如棋局”的說法，就是把 地球看作扁平狀， 把天空看作罩在地面上的圓罩子。 古俄羅斯人想象大地是馱在三條鯨魚背 上的盤子， 這三條鯨魚又是浮游在海洋上的。 再如古印度人認(rèn)為大地是一個隆起的圓盾， 由 三條大象扛著， 這三條大象站在龜背上， 而這個龜又是浮游在廣闊海洋之中的。 這些都是人 類對地球的最原始

16、的認(rèn)識。早在公元前五百多年， 畢達(dá)哥拉斯從哲學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)， 認(rèn)為球形是最完美的形狀， 因而提 出地球?yàn)榍驙畹囊軠y。 公元前三百年， 亞里斯多德看到月食時地球投到月亮上的影子是弧形 等現(xiàn)象， 提出了地球?yàn)榍驙畹目茖W(xué)證據(jù)。 我國早在戰(zhàn)國時期哲學(xué)家惠施就提出地球是球形的 看法。但這一見解當(dāng)時卻很少人接受。直到公元 1522 年麥哲倫及其伙伴完成繞地球一周之 后，人們才確立了地球?yàn)榍蝮w的概念。十七世紀(jì)中葉以前， 人們一直把地球看作是正球形體， 通過科學(xué)實(shí)踐， 對這一看法才獲 得進(jìn)一步的修訂、提高。 1672 年，天文學(xué)家里奇比從巴黎（ 49°N ）帶了一只鐘到南美洲 的圭亞那（ 5°

17、 N），發(fā)現(xiàn)這只鐘每天慢了二分二十八秒，帶回巴黎后又恢復(fù)正常。以后在其 它地方作類似的觀察，也有類似的結(jié)果。這表明從極地向赤道移動，鐘擺的擺動速度變慢， 或者說是擺的振動周期變長了。 經(jīng)過物理學(xué)的推測， 地球不是一個正圓球體， 而是兩極略扁 赤道凸出的旋轉(zhuǎn)球體。所謂旋轉(zhuǎn)橢球體， 是由經(jīng)線圈繞地軸回轉(zhuǎn)而成的。 所有經(jīng)線圈都是相等的橢圓， 而赤道 和所有緯線圈都是正圓。 測量上為了處理大地測量的結(jié)果， 采用與地球大小形狀接近的旋轉(zhuǎn) 橢球體并確定它和大地原點(diǎn)的關(guān)系， 稱為參考橢球體。 十九世紀(jì)， 經(jīng)過精密的重力測量和大 地測量，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)赤道也并非正圓，而是一個橢圓，直徑的長短也有差異。這樣，從地心

18、 到地表就有三根不等長的軸，所以測量學(xué)上又用三軸橢球體來表示地球的形狀。此后， 又發(fā)現(xiàn)地球的南北兩半球不對稱， 南極較北極離地心要近一些， 在北極凸出 18.9 米，在南極凹進(jìn) 25.8 米；又在北緯 45?地區(qū)凹陷，在南緯 45?隆起。這一形狀和參考橢球體 對比，地球又有點(diǎn)像梨子的樣子，于是測量學(xué)中又出現(xiàn)“梨形地球”這一名稱?？傊厍虻?形狀很不規(guī)則， 不能用簡單的幾何形狀來表示。更確切地說， 地球具有獨(dú)特的地球形體。從 宇宙空間觀看地球， 它既不像梨，也不像橘子或雞蛋，倒像一個滾圓的球。 人們利用宇宙飛 船和同步衛(wèi)星在 36， 000 公里高空的實(shí)際觀測，已把地球的真面貌拍攝下來了?？梢钥?/p>

19、到，在這個小行星上， 遼闊的海洋呈蔚藍(lán)色， 突出在水體上呈褐色的是陸地， 青蔥翠綠的是地面 上的植被，還有縈繞在上空不斷變化著的白云。從上面可以看出， 人類對地球形狀的認(rèn)識是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而逐步提高的。 正圓球 體、旋轉(zhuǎn)橢球體、三軸橢球體以及地球形體等，對于地球的真實(shí)形狀而言， 可以說都是近似 的。反過來，人們在生產(chǎn)斗爭和科學(xué)實(shí)踐中， 也需要對地球的形狀加以不同程度的簡化。例 如在制造地球儀或繪制全球性地圖時， 就必須把地球當(dāng)作正圓球體來看待； 當(dāng)測繪大比例尺 地形圖時， 有必須把地球作為有規(guī)則的參考橢球體來處理； 而在發(fā)射人造天體及其軌道計算 時，則需要把赤道的扁率以及各地對參考橢球體的

20、偏離更精確地計算進(jìn)去。因此，地球的形狀不能用某種幾何形狀來表示，嚴(yán)格地說應(yīng)稱它為地球形體。摸索兩千年的經(jīng)度測定今天，連小學(xué)生都知道經(jīng)緯度是什么。 用經(jīng)緯度來表示一個地方在地球表面上的位 置，這已成為人們的一種常識。 為了確定這種認(rèn)識并付諸實(shí)用， 人類差不多花費(fèi)了兩千年的 時間。最早的認(rèn)識所謂測定經(jīng)度， 就是測定某個地方在地球表面東西方向上的 位置。我們知道，同一瞬間位于同一緯度不同經(jīng)度上的地方，有著不 同的時間。例如，當(dāng)北京是晚間 8 點(diǎn)鐘時，倫敦卻是中午 12 點(diǎn)鐘， 這種差別啟示了人們， 只要知道了某地的當(dāng)?shù)貢r間是多少， 將它與世 界標(biāo)準(zhǔn)時間比較，就可以推算出當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度是多少。因此，測定經(jīng)

21、度 的本質(zhì)就是測定時間。早在公元前二世紀(jì)， 古希臘人已經(jīng)認(rèn)識到，如果在兩個不同的地方觀測同一事件，并記下發(fā)生這一事件的當(dāng)?shù)貢r間，那么，通過 計算這兩地記下的時間差， 就可以求得這兩地之間的經(jīng)度差。 問題是怎樣來確定兩地的時間 差呢？古希臘天文學(xué)家喜帕恰斯提出， 可以用觀測月食來解決這一問題。 因?yàn)闊o論對地球 上的哪一點(diǎn)來說， 月亮進(jìn)入地球的影子區(qū)， 是嚴(yán)格在同一瞬間發(fā)生的， 或者說月食是同時開 始的， 這起著標(biāo)準(zhǔn)時間的作用。 只要記下兩地觀測到的月食開始時刻， 也就是兩地看到月食 開始的當(dāng)?shù)貢r，人們就可以求得兩地的經(jīng)度差了。但是，喜帕恰斯沒有具體解釋，應(yīng)該如何來測定每個地方的地方時。在當(dāng)時說來

22、，能夠用來作為計時儀器的是日晷， 這是一種依靠太陽照射下產(chǎn)生的影子來計時的儀器。 而當(dāng) 月食發(fā)生之時， 太陽已落到地平線之下了，日晷計時無從談起。因此， 喜帕恰斯的設(shè)想僅只 是一種理論上的設(shè)想，在當(dāng)時條件下是不可能實(shí)現(xiàn)的。由于月食發(fā)生的機(jī)會很少， 一年中最多不超過二、 三次。為了不放過任何一次機(jī)會， 據(jù)說喜帕恰斯曾編篡了一本六百年月食一覽表，真是精神可嘉。托勒密的貢獻(xiàn) 一提到托勒密，人們自然就想起他的“地球中心說” 。這學(xué)說是他在他的巨著 天文學(xué)大成 里詳加闡述的。 托勒密一生主要有兩部巨著， 另一部是八卷本的 地理 學(xué)指南。這是他編制的一本地名辭典和地圖集。書中給出了幾千個地方的地理位置，

23、堪稱是一項(xiàng)偉大成就。在地理學(xué)指南 這部巨著中， 托勒密談到了地理位置的確定問題。 他提出了一種等間距的坐標(biāo)網(wǎng)格， 用"度 "來進(jìn)行計算。 托勒密可算得上是第一個明確提出經(jīng)緯度理論 的人。 他的理論中， 緯度從赤道量起， 而經(jīng)度則從當(dāng)時所知道的世界最西地點(diǎn)?幸運(yùn)島算起。這一切已經(jīng)和今天的經(jīng)緯度概念很相接近了。在托勒密之后的一千多年內(nèi)，關(guān)于確定經(jīng)度的問題，一直沒有獲得重大進(jìn)展。 航海業(yè)的需要從十三世紀(jì)起， 歐洲的航海事業(yè)獲得蓬勃發(fā)展。 在這些大規(guī)模的航?；顒又?， 由于 要到達(dá)一些距離出發(fā)港口十分遙遠(yuǎn)的陌生地方， 用羅盤、 鉛垂線及對船速的估計， 來確定這 些陌生地方的地理位置，

24、就很不可靠了，航海家們必須求助于天文方法。人類歷史上第一次測出地球的大小 我們都知道地球很大， 但究竟有多大， 它的大小是用尺量出來的， 還是測量計算出來的， 又是誰最先測算出來的呢？要弄清楚這些問題，先得從古希臘科學(xué)家埃拉托色尼說起。埃拉托色尼出生于公元前 3 世紀(jì)的埃及亞歷山大里亞城。 他對天文學(xué)很感興 趣，非常崇拜希臘著名科學(xué)家亞里斯多德。 因?yàn)?當(dāng)時教會極力宣揚(yáng)上帝的萬能， 不僅天為上帝所 主宰，甚至地也是上帝賜給人類的。因此，有關(guān) 天地的解釋被弄得神乎其神。 亞里斯多德是一位 勇于探索的科學(xué)家， 通過長期的觀察和研究， 著 成天論一書。他認(rèn)為大地是一個球體，一部 分是陸地，一部分是海

25、洋， 外面包的一層是空氣。 被教會的宣揚(yáng)所愚弄的人們， 當(dāng)時都不相信這一 說法，固執(zhí)地認(rèn)為： 歷來都說天圓地方，明明地 是平的，怎么能說成是一個球呢？埃拉托色尼則 不僅完全接受亞里斯多德的理論， 而且還想親自 量一量地球究竟有多大。 當(dāng)時人們都認(rèn)為他是異 想天開。要量地球的大小， 在科學(xué)發(fā)達(dá)的今天當(dāng)然不算難事， 可當(dāng)時根本沒有什么先進(jìn)儀器， 這 可是一件“難于上青天”的事??！通過觀察，埃拉托色尼發(fā)現(xiàn)，他所住的亞歷山大城，每年 從百花盛開的春季到萬木凋枯的冬季， 太陽幾乎從來也沒有在頭頂?shù)奶炜胀Ａ暨^， 即使太陽 應(yīng)該當(dāng)頂?shù)倪@一大，太陽仍是斜掛在藍(lán)天上，太陽光與直立地面的長桿也存在著 7.2 &#

26、176;的夾 角。這一人們所熟視無睹的現(xiàn)象， 引起了埃拉托色尼的注意。 難道所有地方都是這樣嗎？帶 著探究的心理，他四處打聽外地的情況。打聽的結(jié)果是，亞歷山大里亞城附近地方的情況， 都大同小異， 但后來聽人說， 該城以南 800 公里之外的塞恩城的情況卻截然不同。 比如夏至 那天正午， 太陽是正掛中天，陽光筆直射到地面， 可以一直照到井底。 有些好玩太陽影子的 孩子，這時在地上直豎起一根竹桿，讓人猜： “嘻嘻，桿子的影兒跑到哪里去了？”因?yàn)榈?上根本看不到有影子。 兩地迥異的現(xiàn)象， 一般人只當(dāng)件怪事議論一陣也就罷了。 埃拉托色尼 可不就此而止，他想： “為什么會出現(xiàn)這一現(xiàn)象呢？”他一直琢磨這個

27、問題， “啊，對了，在 同一時間的不同地方，太陽光與地面的夾角各不相同，這恰好證明地球是一個球體。 ”作為 科學(xué)家，既要廣泛注意別人提供的種種情況?，F(xiàn)象，但又不能輕信“小道消息” ，必須掌握 有真憑實(shí)證的第一手資料。 為了探明虛實(shí)， 更為了證實(shí)自己的想法， 埃拉托色尼決定在夏至（即 6 月 21 日）的正午，于亞歷山大里亞城和塞恩城兩處，同時對太陽照射到地面的情況 進(jìn)行觀測。 對比觀測結(jié)果表明， 果然與人們傳說的一樣。 他還根據(jù)商隊經(jīng)過兩城間路程所用 的時間，計算出兩地的距離為 5000 斯臺地亞（ 800 公里）。埃拉托色尼便著手進(jìn)行計算。亞 歷山大里亞城和塞恩城基本在同一條線上，兩者之間存

28、在著7.2 °的角度差，這相當(dāng)于圓周角的 1 50，再根據(jù)幾何學(xué)的一條定律， 在圓周內(nèi)， 多大的圓周角就對應(yīng)多大的圓弧。 因此， 埃拉托色尼求得地球的周長等于 250000斯臺地亞 （相當(dāng)于 39816公里）。現(xiàn)在，科學(xué)家用精 密儀器測得地球的經(jīng)線圈為 40009 公里。在古代缺乏先進(jìn)科學(xué)儀器設(shè)備及計算方法的情況 下，能求得如此精確的結(jié)果，這是十分難能可貴的。（注：圖中的塞伊尼和文中的塞恩城是同一地名） 地球的周長已經(jīng)知道， 要求地球的表面積就不太難了， 埃拉托色尼經(jīng)過精心地測量和計 算，最后求得地球的表面積約為 50億平方公里 （現(xiàn)在測出地球的表面積為 51億平方公里） 聽到這個數(shù)

29、字，人們大吃一驚，地球原來比已知的陸地面積要大幾百倍。埃拉托色尼測出結(jié)果的精確度很多年都沒有人能超過。 隨著科學(xué)的發(fā)展， 各種先進(jìn)儀器 不斷被研制出來，人們對地球的認(rèn)識也不斷加深，直到18 世紀(jì)，人們才逐漸認(rèn)清了，原來地球并非是一個圓球體，還有點(diǎn)扁，是一個橢球體。人類的第一次子午線測量公元 724 年，也就是唐開元十二年， 有一位和尚儼然如同一位臨陣的大帥， 正指揮著全 國 12 個地點(diǎn)同時展開一場特殊的 “戰(zhàn)役”。這位和尚是誰？ 他就是我國古代杰出的天文學(xué)大師一行。他在指揮一場怎 樣的特殊“戰(zhàn)役”呢？這話要從一句天文常語說起。在兩千多年前西漢初期 成書的周骨卑算經(jīng)中，開創(chuàng)了一種說法“日影一 寸，地差千里” 。這句話的意思是說：在同一時刻的兩個地 方，都用八尺高的表來測日影。如果日影的長度相差一寸， 那么這兩個地方的距離就有一千里。在很長的時間里，這 句話就像金科玉律一樣主宰著天文學(xué)界。一直到了南北朝 時期，才有人對這一說法產(chǎn)生了懷疑。在公元 442 年，有 人進(jìn)行了一次小范圍的測試。當(dāng)時著名的天文學(xué)家何承天， 根據(jù)這次測試，提出了日影約六百里差一寸的新說法。后 來，又有些人也進(jìn)行過類似的小范圍測試。到了隋朝，著 名天文學(xué)家劉焯更進(jìn)一步提出了進(jìn)行大規(guī)模