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我們現在都知道地球的周長是40075.7km,可古時候的人是怎樣測算出地球周長的呢?
在公元前3世紀的古希臘,有一個“上知天文下知地理”的全才數學家埃拉託斯芬,並且愛好廣泛,在作詩與運動等都很優秀。不過在同時期的阿基米德的光環下,他被屈居第二。
人們總會善記第一,而易忘第二,於是後世總將他遺忘。
在埃拉託斯芬所在的亞歷山大城中,正南方的785km之處的塞尼城內,有一口枯井。只要一到夏季的夏至那天,太陽就會直射井底。
他在夏至一天的正中午時分,在井底立了一條小木棍,測出來太Sunny的夾角是7.2⁰(360⁰×1/50)。由於地球與太陽距離很遠,可以將Sunny看作平行的光線。
在數學的平行線定理中∠1=∠2就是他計算而來的。
他將∠2設為圓心角,由圓心角定理的“度數=它所對弧度數”,求得弧度數=7.2⁰。
亞歷山大城與塞尼城的距離圓弧的長度,就等於圓周長度1/50,也就是這段距離正是地球周長的1/50。於是只要測出兩城距離,再×50倍就會得出地球周長。
埃拉託斯芬測算出的地球周長是39250km。
直到2000多年後的科學家們都由衷稱讚埃拉託斯芬驚人的數學天賦和超常的膽識。
2000多年前,有人用簡單的測量工具計算出地球的周長,這個人就是古希臘的埃拉托色尼(約公元前275—前194)。
埃拉托色尼將天文學與測地學結合起來,第一個提出設想,即在夏至那天,分別在兩地同時觀察太陽的位置,並根據地物陰影的長度的差異,加以研究分析,從而總結出計算地球圓周的科學方法。
測量過程是這樣的:埃拉托色尼選擇同一子午線上的兩地:西恩(Syene,今天的阿斯旺)和亞歷山大港,觀察在夏至那天進行太陽的位置並進行比較。在西恩納附近,尼羅河的一個河心島洲上,有一口深井,夏至日那天太Sunny可直射井底,這表明太陽在夏至正好位於天頂。與此同時,他在亞歷山大里亞選擇了一個很高的方尖塔作參照,並測量了夏至日那天塔的陰影長度,這樣就可以量出直立的方尖塔和太Sunny射線之間的角度。
然後,他運用泰勒斯的數學定律,即一條射線穿過兩條平行線時,它們的對角相等。埃拉托色尼透過觀測得到了這一角度為7°12′,即相當於圓周角360°的1/50。由此表明,這一角度對應的弧長,即從西恩納到亞歷山大里亞的距離,應相當於地球周長的1/50。然後,埃拉托色尼藉助皇家測量員的測地資料,測量得到這兩個城市的距離是5000希臘裡(古代希臘的一種長度單位,約為現在的157.5米)。再乘以50即可得到地球的周長,結果為25萬希臘裡。為了符合傳統的圓周60等分制,埃拉托色尼將這一數值提高到252000希臘裡,以便能被60除盡。透過換算,當時測算出的地球圓周長約為39375公里,經埃拉托色尼修訂後為39360公里,與地球實際周長(40009.88公里)已經非常相近了。