“在哥倫布時(shí)代，人們認(rèn)為地球是平的，大西洋里有吞噬船只的巨大怪物，以及地球邊緣有令人恐懼瀑布，脆弱的船會(huì)在那里墜入無(wú)盡的深淵。但哥倫布確信地球是圓的，他決定帶著水手一起航行，與那些愚蠢的信念作斗爭(zhēng)。”——-1919年美國(guó)作家艾瑪·米勒·博勒紐斯

哥倫布的故事家喻戶曉，也是我們兒時(shí)成長(zhǎng)過(guò)程中最美的神話，他是航海時(shí)代的英雄，年輕時(shí)候的偶像就是有名的馬可·波羅。

因此他立志要成為航海家，哥倫布也是當(dāng)時(shí)那個(gè)時(shí)代唯一一個(gè)相信地圓說(shuō)的人，它看過(guò)偶像的《馬可·波羅游記》所以十分向往遍地是黃金的中國(guó)。

他堅(jiān)信只要一直向西航行就一定能到達(dá)中國(guó)和印度，不過(guò)他至死都沒(méi)能來(lái)到中國(guó)，卻在半路登上了美洲大陸。

現(xiàn)在讓我們想象一下1492年的水手們有多么的勇敢，所有人都說(shuō)地球是平的，你們可能會(huì)掉入無(wú)盡的深淵，但他們依然冒死前往世界的邊緣，將生死置之度外。

那么這里有個(gè)問(wèn)題：歷史上都說(shuō)哥倫布和后來(lái)的麥哲倫都堅(jiān)信地球是圓的，他們有沒(méi)有依據(jù)呢？是誰(shuí)第一個(gè)用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撟C明了地球是圓的？今天就聊下這個(gè)問(wèn)題。

我們能否通過(guò)月球上的陰影來(lái)判斷地球的形狀

有個(gè)有趣的事實(shí)是，在古代文獻(xiàn)中全人類一致認(rèn)為地球的形狀是平的，我國(guó)也有天圓地方一說(shuō)，其實(shí)地方真的還沒(méi)有地圓更科學(xué)。

為什么呢？這是古人對(duì)地球最直觀的判斷，其實(shí)也不是古人不夠智慧，如果放在現(xiàn)代，我們只知道天空中兩個(gè)最重要的天體太陽(yáng)和月球，也會(huì)得出同樣的結(jié)論。

如果我們?cè)谛略潞笠粌商斓娜章鋾r(shí)分出門(mén)，我們將會(huì)看到這樣的景象。

月亮呈現(xiàn)出細(xì)長(zhǎng)的月牙狀，我們可以看出明亮的發(fā)光部分似乎與一個(gè)球體陰影重合，我們也可以清楚的看到未發(fā)光的部分呈現(xiàn)出圓盤(pán)狀。

在接下來(lái)的幾天里，我們繼續(xù)在日落之后出去看月亮。事實(shí)上，如果我們每天晚上在相同的時(shí)間看天上的月亮，就會(huì)注意到兩件事，再日復(fù)一日地發(fā)生著變化。

從左往右看哈

每天晚上月亮只會(huì)移動(dòng)大約12度也就是一個(gè)手掌的寬度，并且在逐漸遠(yuǎn)離日落的位置，月亮也從一開(kāi)始的小月牙慢慢變大!假如今天晚出去看到的是半月，那么往后的每天晚上我們會(huì)看到越來(lái)越完整的月亮，直到滿月。

作為優(yōu)秀的天文學(xué)家，我們可能會(huì)得出這樣的結(jié)論:月球在繞地球運(yùn)行，其明顯的相位變化是由太陽(yáng)照射到球形月球不同部分的光線引起的。

事實(shí)上，這就是古代和現(xiàn)代關(guān)于月相成因的觀點(diǎn)。那么我們能不能判斷出地形的形狀呢？

一年中在滿月期間會(huì)發(fā)生大約兩次特殊的天文想象，那就是月食！當(dāng)出現(xiàn)滿月時(shí)，如果月球、地球和太陽(yáng)恰好在一條直線上，那么地球的影子就會(huì)投在月球的表面上！

如果我們觀察月球表面的陰影，就可以清楚地看到地球的陰影邊緣是彎曲的，形狀像一個(gè)圓盤(pán)。如果我們把地球在月球上的陰影拼接在一起，我們甚至可以拼湊出地球陰影在月球表面的相對(duì)大小。

但很遺憾，這并不能告訴我們地球是扁平的圓盤(pán)還是球形；它只能告訴我們地球的影子確實(shí)是圓的。原則上，從月球上的陰影看，地球可以是平的，也可以是圓的。看下圖

所以哥倫布當(dāng)時(shí)堅(jiān)信地球是圓的，或者是幾年后的是麥哲倫第一次完成了人類的環(huán)球航行，并首次證明了地球的形狀。只能說(shuō)這是藝高人膽大的冒險(xiǎn)行為，畢竟航海家都有冒險(xiǎn)精神！麥哲倫曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：

“教會(huì)說(shuō)地球是平的，但我知道它是圓的，因?yàn)槲以谠铝辽峡吹竭^(guò)地球的影子，我對(duì)影子比對(duì)教會(huì)更有信心。”

所以他們只是盲目的堅(jiān)信，并且付出了冒險(xiǎn)行動(dòng)證明了地球的形狀。相反人類是在2000多年前的古代!只用了太陽(yáng)就證明了地球的形狀。他們是怎么做到的？

從左往右

在北半球，沿著太陽(yáng)白天的軌跡，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)在天空的東部升起，在南部上升到頂點(diǎn)，然后在西部下降和落下。一年中的每一天都是這樣，日復(fù)一日。

但是太陽(yáng)并不是每天都走同一條軌跡;在夏季，太陽(yáng)在中午會(huì)到達(dá)天空中最高的位置，白天的光照時(shí)間更長(zhǎng)。

而在冬季，太陽(yáng)會(huì)到達(dá)一個(gè)相對(duì)較低的位置，白天光照時(shí)間短。為了生動(dòng)地說(shuō)明這一點(diǎn)，看上圖的延時(shí)拍攝的照片，這是冬至期間，太陽(yáng)在天空中的路徑。

如果繪制出太陽(yáng)一年中每天在天空中走過(guò)的的路徑，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在冬至(通常是12月21日)太陽(yáng)的軌跡線最低，白天日照時(shí)間很短，不經(jīng)意間又要關(guān)燈睡覺(jué)了。在夏至(通常是6月21日)太陽(yáng)軌跡線最高，基本就在頭頂，真的是太陽(yáng)當(dāng)空照，花兒多我笑，白天日照時(shí)間最長(zhǎng)。

如果用一臺(tái)照相機(jī)拍攝一年中太陽(yáng)穿過(guò)天空的路徑，我們會(huì)看到一系列漂亮的弧線，其中最高、最長(zhǎng)的弧線是在夏至?xí)r形成的，最低、最短的弧線是在冬至?xí)r形成的。下圖：

在古代，來(lái)自埃及、希臘和整個(gè)地中海最偉大的學(xué)者和科學(xué)家都在亞歷山大圖書(shū)館工作。其中一位科學(xué)家是古希臘天文學(xué)家，他就是埃拉托色尼。

在亞歷山大港生活期間，在夏至的時(shí)候埃拉托色尼收到了來(lái)自埃及南部城市西恩納的信件。信件上提到：

有些物體在中午沒(méi)有影子

換句話說(shuō)，如果太陽(yáng)在各個(gè)方向上沒(méi)有偏差一度，直射頭頂。如果一個(gè)完全垂直的物體，它絕對(duì)不會(huì)產(chǎn)生陰影。

埃拉托色尼清楚他生活的亞歷山大港物體影子的情況并非如此。在亞歷山大夏至的正午時(shí)分，太陽(yáng)比一年中任何時(shí)候都更接近正上方，但垂直物體仍然會(huì)投下陰影。

埃拉托色尼就做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。在夏至的中午影子最短的時(shí)候，他測(cè)量了一根垂直木棍投下的影子的長(zhǎng)度，算出太陽(yáng)與亞歷山大港垂直地面方向上的角度。

他得到的答案是1 / 50，即7.2度。那么在西恩納一根一模一樣，垂直與地面的棍子與太陽(yáng)光的角度為什么是0呢!這是什么原因?

也許是天才的靈感迸發(fā)，埃拉托色尼意識(shí)到太陽(yáng)的光線是平行的，那么地球就是彎曲的，否則所有地方太陽(yáng)光應(yīng)該與物體的夾角是一樣的。

如果埃拉托色尼能算出亞歷山大到西恩納的距離，并且他還知道這兩個(gè)城市的角差，就可以算出地球的周長(zhǎng)!但是當(dāng)時(shí)想測(cè)量?jī)傻氐木嚯x并非易事。要是埃拉托色尼當(dāng)時(shí)有一群助理的話，他就可以派他們?nèi)コ霾盍耍臏y(cè)量距離了!（哈哈）

但是，由于當(dāng)時(shí)的條件限制他只能依賴于當(dāng)時(shí)官方的測(cè)地資料。那么當(dāng)時(shí)官方對(duì)距離“精確”的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)是什么?

騎駱駝測(cè)量，駱駝走完一段距離所需的時(shí)間，然后根據(jù)駱駝的速度，就可以大致知道兩地的距離。其結(jié)果是西恩納和亞歷山大之間的距離是5000斯塔迪亞。

斯塔迪亞是一種長(zhǎng)度單位，問(wèn)題是，一斯塔迪亞有多長(zhǎng)?答案取決于居住在埃及的希臘人埃拉托色尼，使用的是希臘斯塔迪亞還是埃及斯塔迪亞，目前歷史學(xué)家們?nèi)栽跔?zhēng)論這個(gè)問(wèn)題。

不過(guò)希臘斯塔迪亞的使用更為普遍，按現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)是185米。使用這個(gè)值的話，可以得到地球周長(zhǎng)為46，620千米，這個(gè)數(shù)字只比實(shí)際值大了16%。

然而，一個(gè)埃及斯塔迪亞是157.5米，如果當(dāng)時(shí)埃拉托色尼依照這個(gè)距離的話，我們得到的值為39375公里，與現(xiàn)代值40041公里相比，相差不到2% !

不管實(shí)際值是多少，埃拉托色尼是世界上第一位地理學(xué)家，他發(fā)現(xiàn)了地球是圓的，并且第一次準(zhǔn)確地計(jì)算出了地球的大小!還發(fā)明了我們今天仍然使用的經(jīng)緯度概念，并建立了第一個(gè)基于球形地球的模型和地圖。

但是在隨后的幾千年里，這些東西并沒(méi)有流傳下來(lái)，今天我們?nèi)魏稳硕伎梢栽谙嗤?jīng)度的兩個(gè)位置上做同樣的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)測(cè)量影子的長(zhǎng)度，也可以算出地球的周長(zhǎng)!

但是直到1946年我們?nèi)祟惒奴@得了第一張關(guān)于地球曲率的攝影證據(jù)。

再回到哥倫布，他當(dāng)時(shí)雖然堅(jiān)信地球是圓的，但是他對(duì)地球的大小做出了一個(gè)錯(cuò)誤的估計(jì)，他曾說(shuō)服其他人相信他可以直接從歐洲航行到印度和中國(guó)。

當(dāng)時(shí)所有認(rèn)為他是騙子，不過(guò)最后還是說(shuō)服了西班牙王后，并得到了國(guó)王的支持，哥倫布帶著國(guó)王給印度和中國(guó)皇帝的國(guó)書(shū)就出發(fā)了。

所幸中途有個(gè)美洲大陸，不然哥倫布真的要被餓死在半路。哥倫布直到死的時(shí)候都認(rèn)為自己已經(jīng)到過(guò)印度了，其實(shí)他踏上的是美洲大陸，中間還差十萬(wàn)八千里呢！