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第60章 怎样计算出地球的长度?

美丽的地球

从太空望去,地球是太阳的第三颗行星,是一颗云雾缭绕的由蓝色和白色组成的世界,旁边环绕着一颗巨大的银白色卫星——月亮。与太阳系外围那些巨大的气体行星相比,地球是一个相对较小的石质星球。与其他兄弟姐妹不同的是,地球上有液态水构成的海洋,科学家认为生命的起源就来自那里。

在46亿年的岁月中,地球发生了翻天覆地的改变。科学家认为,地球最初是一朵由气体和灰尘组成的云,渐渐演化成一个由熔岩组成的球状体。接着,经过缓慢的冷却,水就浮现出来了。陆地逐渐形成,移动,聚在一起,又分裂开来。生命开始出现并且进化,以各种奇异的形态衍生——大多数现在已经灭绝了。经过了数百万年,巨大而具有一定智慧的生物——恐龙,曾经在这颗星球上繁衍生息。然后它们又都消失了。

现在,人类作为精密工具的制造者,生活在地球上的每个角落,为这颗星球的历史揭开了崭新的一页。人类创造的科技改变了地球,而很多方法都还只处在探索阶段。人类才刚刚开始理解到,我们有责任和义务去保护地球,因为它是我们唯一的家园。

现在,我们可以利用测量仪器和人造卫星来测出地球的周长。但是即使没有这些昂贵的仪器,同样可以测量一颗行星的长度。你可以采用2,000年前,埃拉托色尼使用的方法,他在自己工作的图书馆里,就计算出了地球的大小。

埃拉托色尼是一位希腊的学者,曾经生活在埃及的亚历山大市。在公元前276至公元前196年,他就职于亚历山大博物馆,这里同时也是一座研究中心。其中有植物园、动物园、天文观察台和实验室。学者们在这座博物馆的大堂里进行演讲,其他人可以自由地放松,享受午餐,或是在博物馆的餐厅里谈天说地。

埃拉托色尼是这座博物馆中图书馆的馆长,其中的藏书多达10万册,都是纸莎草纸(一种由纸莎草的种子制成的纸张)的卷轴。他对这些书都非常感兴趣,学到了物理、历史和科学的各种知识,还成为了一个戏剧评论家。和他同辈的一些学者认为,埃拉托色尼是一个半吊子,虽然涉及了很多领域,却样样都不精通。

埃拉托色尼从一些旅行者那里听说,亚历山大南边的一座城市赛伊尼,发生了一些不同寻常的事情。每年夏天的第一个正午,也就是一年中最长的那天,这座城市中所有的影子都会消失。太阳处在人们头顶的正上方,阳光笔直地照射下来。如果朝一口深井里望去,可以发现井水的底部有一个太阳圆盘的倒影。

不过回到亚历山大以后,埃拉托色尼看到,在同样的夏天第一个正午,博物馆的墙在地上投下了阴影。通过这个简单的观察,他开始推算整颗星球的大小。

计算方法是这样的:埃拉托色尼知道太阳和地球之间的距离是非常远的,阳光以平行线的方式同时照射在亚历山大和赛伊尼。如果地球是平的,那么每到6月21日,任何地方的影子都会消失。但他推理出,因为地球是弯曲的,亚历山大的墙和柱子(位于赛伊尼北部500英里处左右)处在地球表面的一个不同的角度。

于是,在夏天的第一天,埃拉托色尼测量了博物馆外面一座方尖碑投下的阴影的长度。因为他知道这座方尖碑的高度,所以能够在它的顶部和阴影的尖端设想出一条直线,制造出一个可测量的三角形。

在“画”完这个三角形之后,埃拉托色尼利用几何学的一个简单原则,找到了方尖碑顶部面朝太阳的角度是7°多一点。

因为在赛伊尼,夏日的第一天里没有影子,所以这个角度就是0°,或图书馆入口者说没有角度。这说明沿着地球的周长,亚历山大距离赛伊尼的角度是7°多一点。

所有的圆都是360°的,地球的圆周也不例外。这两个城市之间7°的角度差是一个圆形的1/50。因此,埃拉托色尼将赛伊尼和亚历山大之间的距离(大约500英里)乘以50,就得出了地球的周长是25,000英里。现代的天文学家又将这个数字精确到24,894英里。埃拉托色尼用事实证明了自己是个一流的学者。

现在,有一种叫做测地学的科学,致力于测定我们的星球。测地学家们使用特殊的勘测仪器去测量地球的各种角度。他们通过对万有引力的测量来确定地球精确的形状,也利用人造卫星在天空中的位置测出角度,方法是将人造卫星放在两个地方的顶部,来找出这个三角形的其他两个点。

宇宙是非常空旷的。但是在它的各个角落,各种各样的物质组成的圆球——行星、卫星和恒星,都在与彼此擦肩而过。当它们这样来来往往的时候,会与其他天体互相拉扯,引起海洋的潮涨和行星一面的膨胀。这种拉拽来自于万有引力——物体之间相互吸引的一种力。

大海潮汐是地球在万有引力的拉动之下,水有规律的起和落。每隔13个小时,当海水暴涨到最高点时,我们将其称之为“高潮”。同样,当水下降到最低点时,叫做“低潮”。所以,当你在海滩看到海水高潮的时候,就相当于看到了转动在黑暗的宇宙中的星球的局部效应。

太阳、月亮以及太阳系中所有的行星,都在拉动着地球上的水和陆地。不过,只有月亮和太阳起着重大的作用。太阳虽然距离我们非常遥远(9千3百万英里),但由于它非常巨大,能够施加强大的引力。而月亮虽然较小,不过因为它距离我们非常近(240,000英里),同样能发挥出很显著的作用。

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