“在哥倫布時代，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，脆弱的船會在那里墜入無盡的深淵。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?！薄?1919年美國作家艾瑪·米勒·博勒紐斯

哥倫布的故事家喻戶曉，也是我們兒時成長過程中最美的神話，他是航海時代的英雄，年輕時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)時那個時代唯一一個相信地圓說的人，他看過偶像的《馬可·波羅游記》所以十分向往遍地是黃金的中國。他堅信只要一直向西航行就一定能到達(dá)中國和印度，不過他至死都沒能來到中國，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，所有人都說地球是平的，你們可能會掉入無盡的深淵，但他們依然冒死前往世界的邊緣，將生死置之度外。那么這里有個問題：歷史上都說哥倫布和后來的麥哲倫都堅信地球是圓的，他們有沒有依據(jù)呢？是誰第一個用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撟C明了地球是圓的？今天就聊下這個問題。

我們能否通過月球上的陰影來判斷地球的形狀

有個有趣的事實(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，我國也有天圓地方一說，其實(shí)地方真的還沒有地圓更科學(xué)。為什么呢？這是古人對地球最直觀的判斷，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最重要的天體太陽和月球，也會得出同樣的結(jié)論。

如果我們在新月后一兩天的日落時分出門，我們將會看到這樣的景象。

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

在接下來的幾天里，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間看天上的月亮，就會注意到兩件事,再日復(fù)一日地發(fā)生著變化。

從左往右看哈

每天晚上月亮只會移動大約12度也就是一個手掌的寬度，并且在逐漸遠(yuǎn)離日落的位置，月亮也從一開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看到越來越完整的月亮，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，如果月球、地球和太陽恰好在一條直線上，那么地球的影子就會投在月球的表面上！

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，形狀像一個圓盤。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大小。

但很遺憾，這并不能告訴我們地球是扁平的圓盤還是球形；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?？聪聢D

所以哥倫布當(dāng)時堅信地球是圓的，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。只能說這是藝高人膽大的冒險行為，畢竟航海家都有冒險精神！麥哲倫曾經(jīng)說過：

“教會說地球是平的，但我知道它是圓的，因?yàn)槲以谠铝辽峡吹竭^地球的影子，我對影子比對教會更有信心?！?br/>

所以他們只是盲目的堅信，并且付出了冒險行動證明了地球的形狀。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，沿著太陽白天的軌跡，我們會發(fā)現(xiàn)太陽在天空的東部升起，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。

但是太陽并不是每天都走同一條軌跡;在夏季，太陽在中午會到達(dá)天空中最高的位置，白天的光照時間更長。而在冬季，太陽會到達(dá)一個相對較低的位置，白天光照時間短。為了生動地說明這一點(diǎn)，看上圖的延時拍攝的照片，這是冬至期間，太陽在天空中的路徑。

如果繪制出太陽一年中每天在天空中走過的的路徑，我們會發(fā)現(xiàn)在冬至(通常是12月21日)太陽的軌跡線最低，白天日照時間很短，不經(jīng)意間又要關(guān)燈睡覺了。在夏至(通常是6月21日)太陽軌跡線最高，基本就在頭頂，真的是太陽當(dāng)空照，花兒多我笑，白天日照時間最長。

如果用一臺照相機(jī)拍攝一年中太陽穿過天空的路徑，我們會看到一系列漂亮的弧線，其中最高、最長的弧線是在夏至?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，來自埃及、希臘和整個地中海最偉大的學(xué)者和科學(xué)家都在亞歷山大圖書館工作。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，在夏至的時候埃拉托色尼收到了來自埃及南部城市西恩納的信件。信件上提到：

有些物體在中午沒有影子

換句話說，如果太陽在各個方向上沒有偏差一度，直射頭頂。如果一個完全垂直的物體，它絕對不會產(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分，太陽比一年中任何時候都更接近正上方，但垂直物體仍然會投下陰影。

埃拉托色尼就做了一個實(shí)驗(yàn)。在夏至的中午影子最短的時候，他測量了一根垂直木棍投下的影子的長度，算出太陽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)，埃拉托色尼意識到太陽的光線是平行的，那么地球就是彎曲的，否則所有地方太陽光應(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城市的角差，就可以算出地球的周長!但是當(dāng)時想測量兩地的距離并非易事。要是埃拉托色尼當(dāng)時有一群助理的話，他就可以派他們?nèi)コ霾盍?，慢慢的測量距離了!（哈哈）

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

騎駱駝測量，駱駝走完一段距離所需的時間，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。斯塔迪亞是一種長度單位，問題是，一斯塔迪亞有多長?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)栽跔幷撨@個問題。

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

然而，一個埃及斯塔迪亞是157.5米，如果當(dāng)時埃拉托色尼依照這個距離的話，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，這些東西并沒有流傳下來，今天我們?nèi)魏稳硕伎梢栽谙嗤?jīng)度的兩個位置上做同樣的實(shí)驗(yàn)，同時測量影子的長度，也可以算出地球的周長!

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)時雖然堅信地球是圓的，但是他對地球的大小做出了一個錯誤的估計，他曾說服其他人相信他可以直接從歐洲航行到印度和中國，當(dāng)時所有認(rèn)為他是騙子，不過最后還是說服了西班牙王后，并得到了國王的支持，哥倫布帶著國王給印度和中國皇帝的國書就出發(fā)了，所幸中途有個美洲大陸，不然哥倫布真的要被餓死在半路。哥倫布直到死的時候都認(rèn)為自己已經(jīng)到過印度了，其實(shí)他踏上的是美洲大陸，中間還差十萬八千里呢！