如何利用子午线测定地球周长? 如何测量地球的周长

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如何利用子午线测定地球周长?如何测量地球的周长

测量地球周长的方法

我们知道,地球的形状近似一个球形,那么怎样测出它的半径呢?据说公元前三世纪时希腊天文学家厄拉多塞内斯(Eratosthenes,公元前276—194)首次测出了地球的半径。

他发现夏至这一天,当太阳直射到赛伊城(今埃及阿斯旺城)的水井S时,在亚历山大城的一点A的天顶与太阳的夹角为7.2°(天顶就是铅垂线向上无限延长与天空“天球”相交的一点)。他认为这两地在同一条子午线上,从而这两地间的弧所对的圆心角SOA就是7.2°(如图1)。又知商队旅行时测得A、S间的距离约为5000古希腊里,他按照弧长与圆心角的关系,算出了地球的半径约为4000古希腊里。一般认为1古希腊里约为158.5米,那么他测得地球的半径约为6340公里。

其原理为:

设圆周长为C,半径为R,两地间的的弧长为L,对应的圆心角为n°。

因为360°的圆心角所对的弧长就是圆周长C=2πR,所以1°的圆心角所对弧长是,即。于是半径为的R的圆中,n°的圆心角所对的弧长L为:

当L=5000古希腊里,n=7.2时,

古希腊里)

化为公里数为:(公里)。

厄拉多塞内斯这种测地球的方法常称为弧度测量法。用这种方法测量时,只要测出两地间的弧长和圆心角,就可求出地球的半径了。

近代测量地球的半径,还用弧度测量的方法,只是在求相距很远的两地间的距离时,采用了布设三角网的方法。比如求M、N两地的距离时,可以像图2那样布设三角点,用经纬仪测量出△AMB,△ABC,△BCD,△CDE,△EDN的各个内角的度数,再量出M点附近的那条基线MA的长,最后即可算出MN的长度了。

通过这些三角形,怎样算出MN的长度呢?这里要用到三角形的一个很重要的定理——正弦定理。

即:在一个三角形中,各边和它所对角的正弦的比相等。就是说,在△ABC中,有。

在图2中,由于各三角形的内角已测出,AM的长也量出,由正弦定理即可分别算出:

∴MN=MB+BD+DN。

如果M、N两地在同一条子午线上,用天文方法测出各地的纬度后,即可算出子午线1°的长度。法国的皮卡尔(Pi-card.J.1620—1682)于1669—1671年率领他的测量队首次测出了巴黎和亚眠之间的子午线的长,求得子午线1°的长约为111.28公里,这样他推算出地球的半径约为6376公里。 从而计算出周长。

如何测量地球的周长

在A点正午太阳倾斜角为a(弧度)

正南 k公里处B同一天正午太阳倾斜角为b(弧度)

|a-b|为AB弧度角,

r*|a-b|=k

r=k/|a-b|

如何测量地球周长

丈量地球的周长

关于地球圆周的计算是《地球大小的修正》一书的精华部分。在埃拉托色尼之前,也曾有不少人试图进行测量估算,如攸多克索等。但是,他们大多缺乏理论基础,计算结果很不精确。埃拉托色尼天才地将天文学与测地学结合起来,第一个提出设想在夏至日那天,分别在两地同时观察太阳的位置,并根据地物阴影的长度之差异,加以研究分析,从而总结出计算地球圆周的科学方法。这种方法比自攸多克索以来习惯采用的单纯依靠天文学观测来推算的方法要完善和精确得多,因为单纯天文学方法受仪器精度和天文折射率的影响,往往会产生较大的误差。埃拉托色尼选择同一子午线上的两地西恩纳(Syene,今天的阿斯旺)和亚历山大里亚,在夏至日那天进行太阳位置观察的比较。在西恩纳附近,尼罗河的一个河心岛洲上,有一口深井,夏至日那天太阳光可直射井底。这一现象闻名已久,吸引着许多旅行家前来观赏奇景。它表明太阳在夏至日正好位于天顶。与此同时,他在亚历山大里亚选择一个很高的方尖塔作为日文,并测量了夏至日那天塔的阴影长度,这样他就可以量出直立的方尖塔和太阳光射线之间的角度。获得了这些数据之后,他运用了泰勒斯的数学定律,即一条射线穿过两条平行线时,它们的对角相等。埃拉托色尼通过观测得到了这一角度为7°12′,即相当于圆周角360°的l/50。由此表明,这一角度对应的弧长,即从西恩纳到亚历山大里亚的距离,应相当于地球周长的1/50。下一步埃拉托色尼借助于皇家测量员的测地资料,测量得到这两个城市的距离是5000希腊里。一旦得到这个结果,地球周长只要乘以50即可,结果为25万希腊里。为了符合传统的圆周为60等分制,埃拉托色尼将这一数值提高到252 000希腊里,以便可被60除尽。埃及的希腊里约为157.5米,可换算为现代的公制,地球圆周长约为39375公里,经埃拉托色尼修订后为39360公里,与地球实际周长引人注目地相近。由此可见,埃拉托色尼巧妙地将天文学与测地学结合起来,精确地测量出地球周长的精确数值。这一测量结果出现在2 000多年前,的确是了不起的,是载入地理学史册的重大成果。

怎样测地球直径?

1 找一个出差前后的日子做好准备(距离越长越好,比如1000公里)

2 提前准备好一个测太阳角度的尺子(就是底下一个平面,上面竖起一根棍儿,太阳一照,在平面上有个影子,用笔把影子描出来就行了)

3 走之前那天在正午某点把太阳的投影A画好

4 到达出差地后当天同样时刻把第二个太阳投影B画好

5 问清楚两地间的距离(火车票上写着的)

6 可以算了

  A和B线会有一个夹角,X°,出差地到家的距离是Y公里,那么360Y/X*3.14的结果就是地球直径。