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如何利用子午线测量地球周长

如何利用子午线测量地球周长

更新时间:2023-05-23 11:05:02

如何利用子午线测量地球周长

两千两百多年前,大约公元前240年,埃及学者埃拉托色尼,利用天文学知识、地理知识 和数学知识,在夏至那天同一时间,分别在两个地方,测量太阳在地球上的投影,而 求出地球上两地的距离所对应的弧度,从而得到地球的周长,其结果与现代的测 量结果非常吻合。

埃及的阿斯旺地方,那里有一口枯井,夏至的那天,太阳光可以直射进井底。这件事,很多人都知道。这说明太阳光在阿斯旺是直射的。换言之,你立根标杆,太阳光照射下来,标杆没有影子。换个地方, 标杆会有影子。埃拉托色尼想,同时不同地,立杆有不同的投影,说明地球是有弧度的。当时人们已经认识到,地球是圆球形的。如果沿着地球赤道,或者沿着地球的子午线,都可以测算出地球的弧度,从而计算地球周长。

若能利用夏至这天太阳在阿斯旺直射这个特点,测量过程将会简便许多,准确许多。阿斯旺不在赤道上,只能利用子午线。子午线也叫经线,连接地球南北两极。埃拉托色尼是埃及图书馆的馆长,他本身就勤于动脑,学识渊博,再加上他的工作便利,能够拥有大量查询的信息。于是他制定的测量方案是,在阿斯旺正北方800公里的亚历山大里亚,在夏至日,测量立杆的太阳投影。

选择亚历山大里亚,位于阿斯旺正北方,两个地方位于同一子午线上,已经知道准确的距离800公里,选择这个地方,不会因为距离太近,使得两地间的地球弧度太小,首先得能够测得出来,其次能够测的比较准确。测量方案示意图如下:

于是,埃拉托色尼在夏至当天,在亚历山大里亚,用准确测量的立杆长度,和在地面投影的长度,利用直角三角形的正切,即对边除以临边的数值,算出了太阳在亚历山大里亚斜射,斜射角是7度12分。根据几何知识,以及太阳光射到地面上,可视为平行光,可以知道,斜射角正是地球弧度造成的。就是说, 800公里的距离,造成了太阳光在亚历山大里亚的7度12分斜射角。这样就算出了,地球的弧度7度12分,对应800公里的弧长。圆周360度,地球的周长就是800公里的50倍,即4万公里。

现在用先进的仪器,测量地球的结果,赤道周长(纬线)40075.70公里,子午线周长40008.08公里。两千多年前先人的测量结果与现今的测量结果高度吻合,不能不让人佩服。

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