世界不思議

你敢信!2000年前古人智商爆表,通過一個常見現象算出了地球周長

西方大航海時代有兩位家喻戶曉的人物,他們是哥倫布和麥哲倫,一位傳說中發現了美洲大陸,開啟了西方的殖民時代;
一位直接乘船繞著地球轉了一圈回到了原地,通過實證的方法證實了地球是個球。

這兩次偉大的航海分別發生在15世紀末以及16世紀初,我們一直認為他們非常勇敢,主要是因為我們覺得當時的人們都認為地球是個扁平的圓盤。
沒有人敢朝著一個方向前進,尤其是在大海上,如果你走到了世界的邊緣,那還不墜入無盡的深淵。
真實的情況是這樣嗎?其實沒有我們想像的這麼嚴重,在哥倫布和麥哲倫航海的時代,雖然普通民眾有大部分人堅持地平說,相信自己的直覺和眼睛。

但是在當時的科學公知裡基本上已經確立了地圓說的理論。
更重要的是他們兩個都相信地球是個球,不然也不會冒險,這是他們敢駕船航行的主要的原因。並不是我們認為的他倆在完全沒有把握的情況下,主動乘船去證實大地的形狀。
而麥哲倫的船隊當時返回起點,其實也在大部分科學家的預料之中,並沒有那麼神奇。
那麼是歷史上誰為地園說的理論做出了巨大的貢獻。

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其中有一個人我們也非常熟悉,他就是亞里士多德,雖然現在看來他當時關於世界的很多本質的說法都是錯誤的,如世界物質的組成、物質運動的本質以及宇宙觀。但是他一直都認為地球是個球,這一點亞里士多德是正確的。有幾個簡單的現象就可以證明,駛出港口的船,最先消失的是船體本身,最後才是桅杆,向你駛向的船看到的順序正好相反;站得高看得遠這句話大家很熟悉,但是這種現象並不適合平坦的大地,只有帶有曲率的大地,才會因為你所處的高度影響到你看到地平線的距離;

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最後一個例子是,你越是往南走,就會看到你在北半球的天空看不到的深空天體,如:麥哲倫星雲只有在南半球可以看到。
平坦的大地不會出現這種情況,而球形大地會因為地平線的遮擋使得我們在北半球和南半球看到完全不一樣的星空。
所以說古希臘那一幫子人其實都支持亞里士多德的觀點,地球就是個球。只是沒有實證而已,麥哲倫就完成了這個壯舉。

不過當時的人就算知道了地球是個球,但也不願相信,因為有一個問題眾多學者無法解釋,就是地球下面的人不是顛倒了嗎?為何不會掉到太空中?
其實除了亞里士多德,比他還要更早證明球形大地的人是埃拉托色尼,時間是公元前的240年。
埃拉托色尼來自古希臘的希勒尼,生活在埃及的亞歷山大城,這兩個地方其實在地球上的維度是一樣的,所以對於埃拉托色尼來說他的一生中所觀察到的太陽、月球、恆星的位置、運動規律基本上都是一樣的。

某一天在埃及南部的一個城市來信,信上的內容讓埃拉托色尼頗為震驚,信中說塞尼這種城市每到夏至的正午時分陽光會直射進井底,而且不管是啥事物,只要是垂直與地面都看不到影子了;
當然人在太陽底下也沒了影子。
埃拉托色尼一輩子還沒見過這種情況,因為他之前生活的兩個城市,就算到了夏至,太陽並不會達到天頂,任何物體都會留下一個傾斜的影子。
這件事讓埃拉托色尼覺得不可思議。

現在我們覺得這其實沒啥,不過是因為地球是個球,塞尼城正好處在北迴歸線上,也就是夏至時太陽直射的維度,而亞歷山大港所處的維度更高一些,因此夏至的時候太陽稍微靠南邊的天空一些。
但是當時的人沒有經緯度的概念,更沒有球形大地的概念。南部城市塞尼垂直的陽光就讓埃拉托色尼產生了興趣,決定研究一下這是為何。

在來年的夏至中午時分,他就在自己生活的城市亞歷山大城的地面上垂直的定下了一根木樁,並且測量了影子最短時候的長度,計算出了太陽光與木樁的夾角為1/50圓周,也就是7.2°。
如果這時塞尼城的物體沒有影子,那麼只能說明此時塞尼城的陽光與地面垂線的角度是0°。那麼為什麼會造成這種差異呢?

埃拉托色尼認為,把太陽光看成是平行線,那麼一個平坦的大地就不會出現陽光與大地垂線角度存在差異的問題,也就是說平坦大地不管在什麼位置看太陽,他都應該和天頂的角度是一樣的。
出現角度的差異,正是說明了地球是一個球體。
而亞歷山大港和塞尼城之間的這段弧長正好對應了兩地之間接收到太陽光角度的差值7.2°。看下圖就會明白:

如果測量出兩地之間的距離,然後再乘以50,不就等於地球的周長了麼。
上面這些簡單的數學和幾何操作對於埃拉托色尼來說並不複雜,最難的就是如何測量兩地之間的距離,因為當時並沒有一種很好的、可行的辦法。
只能拉一隊駱駝商隊,讓駱駝走完全程,然後根據駱駝所花費的時間進行距離估算。結果測量出的距離是5000斯塔迪亞。

所以埃拉托色尼最後算出來的結果就是250000斯塔迪亞。這是多少千米呢?這是一個令科學史學家犯難的問題。
因為我們已經無從考證埃拉托色尼所使用的斯塔迪亞是埃及單位,還是希臘的同名單位,因為這兩個單位雖然名字一樣,但是對應的換算率並不同。
所以目前認為埃拉托色尼算出的地球周長有兩個版本,一個是46620千米和39375千米,分別比現代地球周長值大了16%和小了2%。

這已經是相當準確了,畢竟在計算的過程中不管是兩地的距離,還是角度都存在誤差,這也是人類歷史上可以考證的首次利用定量的方法對地球周長的一次科學測量。
所以說球形大地的這個概念並不是近代人才發現擁有的,而是在古希臘時期的一眾學者,在他們心裡地球就是個球。
雖然沒有實證,但從來沒有質疑過。
因此哥倫布和麥哲倫他們駕船出海的時候,心裡一點也不會擔心自己掉入無盡的深淵,更加擔心的是海上艱苦的生活和船員心裡在漫長歲月中心裡承受能力。

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