我們怎麼知道「地平說」是錯的呢?

2021-01-13 騰訊網

世上仍有人相信地平學說,但我們是如何知道地球是個球體呢?科學可以為我們解惑。 從古希臘開始,人們就相信地球是個平面,但那些反對者卻也堅持了同樣長的時間。有一個稱為「地平說協會」的組織認為,地球是一個扁平的圓盤,其周圍圍繞著南極大陸,邊緣則是一堵冰牆,中心則是北極圈。在這個設想下,太陽和月亮在地球平面上空作圓周運動,而恆星在地球平面上方的平面上圓周運行。儘管受眾很小,但地平說的想法偶爾還是會有一些宣傳。最近的一次宣傳要歸功於饒舌歌手B.o.B,他和天體物理學家尼爾·德·格拉斯·泰森起了爭執(最終輸了)。

圖解 :亞歷山大時期所認知的世界地圖(假設)

儘管沒有實際的科學證據來支撐地平說,它還是提供了一個有趣的思維實驗。我們到底是如何知道地球不是平的呢?我們又是如何知道自己正處於一個圍繞太陽飛速運動的(略鼓)球體表面呢?事實證明,即使我們每天接觸的部分地球表面看起來是平的,仍然有不少方法可以證明地球是圓的。

圖解:奧蘭多·弗格森1893年繪製的平面地圖。這張地圖包含了對聖經段落的幾處引用,以及對「全球理論」的各種抨擊。

首先,如果你看到某樣事物或某個人正從遠處靠近,他們會漸漸進入視野。但通常,我們能夠看到的只是地球周長的一小部分,因為我們的視線會被一些不可避免的事物遮擋,例如山脈或是建築。如果你能夠在一段足夠長的距離中使用這種觀測方法,那麼地球的曲率就會被注意到,那它具體是什麼樣的呢?

圖解:以一位12世紀的亞洲宇宙學家為例

我們必須測量的最長距離、最清楚的景象之一是海平面上的船隻。如果地球是扁平的,船隻駛來時,我們會看到整個船隻進入視野,就像短距離時一樣。然而,因為地球是個球體,我們看到的是船隻從水面逐漸上升。下次如果你出海,可以觀察一下。

另一個線索來證明地球是圓的來自恆星。我們都知道,不同的時候仰望星空,我們會看到不一樣的星星。夏季星座和冬季的是不一樣的。如果地球是個平面,那麼恆星們則在我們上方的另一個平面中運動,且我們能看到每一組恆星都始終在我們上方的平面運動。但我們知道,地球上不同的位置看到的恆星是不同的。

圖解:這張桑頓班克風電場(靠近比利時海岸)的照片,遠處的塔的下部越來越被地平線所掩蓋,顯示了地球的彎曲。

舉個例子,如果你是在南半球,那你可能見過船底(龍骨)座,半人馬座,南十字星,或是離我們最近的系外鄰居,較小的被稱為大麥哲倫和小麥哲倫星雲的矮星系。在北半球,要發現它們是很困難的。一些在赤道附近的恆星和星座,比如北鬥七星,會在北方或南方交替出現,取決於你來自哪個半球。

在月食的時候,當月球經過地球的背面,我們總能夠在月球上看到地球的影子。早在亞里斯多德時期,天文學家們就注意到了這個影子看起來是彎曲的。雖然你也可以說平面地球也會產生一個彎曲的影子。但是地球在月食期間的曲率在無論什麼時候和無論在地球上哪個地方看都是一致的,這就是地球是球形的明確證據。

圖解:地球遮擋了太陽的直射光線,導致月食出現。在本影區,直射陽光全部被地球遮擋,無法照到月球上出現月全食;在半影區,則僅有部分陽光被遮擋,出現月偏食或半影月食

說到影子,古希臘的哲學家和天文學家不僅用地球上物體投射的影子來表明我們的星球是圓的,而且還用來測量它的周長。在扁平地球上,當太陽從同一角度照射時,兩個完全相同的物體擁有完全相同的影子。而在有弧度的地球上時,來自太陽的光線會從不同角度照射到地表從而導致影子的不同。大約在公元前240年,亞歷山大的居民埃拉託色尼從遊客那裡聽說了這麼一件事:在埃及的某一個城市,夏至正午時太陽沒有在井中投下影子,說明太陽處於正上方。隨後,他便在同一時間測量了影子在亞歷山大的角度,結果顯示為7.2°。如果知道亞歷山大到埃及那口井的距離,那麼就可以計算出地球的曲率了。

地球必須是個球體,因為我們每天運用的大量計算都依賴於此。我們的GPS衛星被發射到軌道上並持續地、準確地給我們提供位置信息(只要有信號)。飛機,尤其是洲際航班,能夠精準起飛並降落在預計的地點。我們的這些預測部分是基於地球的引力,而對於扁平地球來說,相對於球體(表面上都是一致的),地球引力會有很大的不同(朝向平面中心的強度更大)。

圖解:1967年由ATS-3衛星拍攝到的地球西半球

另一個能說明地球是球體的關鍵線索是,從地球上任一點出發向著一個方向前進,我們能回到原點。早在16世紀,就有船隻環繞地球航行了。而在扁平的地球上,是無法做到這一點的,因為你會不停地走下去。

我們說地球是圓的,其實還有一個原因,是因為我們有地球的照片。就像你在臥室中無法拍到自己家的全貌一樣,我們必須離開地球表面才能從第一視角看到地球的全貌。如今,我們已從多個角度見證了擁有曲面的地球,包括阿波羅8號拍攝的著名的地球升起的照片,它證明了地球不僅是圓的,還是個球體。從國際空間站可以看到地球的曲率,甚至一些報導稱在已不再使用的協和飛機上也能看到地球曲率。

圖解:1972年「藍色彈珠」北方朝下的原始照片

最後,我們有間接的證據表明,我們的星球是一個球體,而不是一個圓盤。多虧了外部視角,我們知道其他的星球,比如月球,都是球形的。作為天文學研究的一個熱門領域,我們對行星是如何形成的理解,更進一步說明這些星球是圓的。公元前500年,根據月球是圓的這一事實,畢達哥拉斯可能是第一個提出地球是圓的假設的人。

宇宙中很多事物都有著簡單對稱的規律,比如球體,球面上任何一點都是平等的。歷史上有很多人類試圖把自己放在一個特殊的位置上,但他們都失敗了。

相關知識延伸閱讀

藍色彈珠(英語:The Blue Marble,有時也被稱為藍色瑪瑙)是一張在1972年12月7日由阿波羅17號太空船船員所拍攝的地球照片。這張照片是迄今為止流傳最廣泛的照片。當時太空船正運行至距離地球45,000公裡(28,000英裡)之處,因為拍攝當時太空船正背向太陽,它是少數能直接把整個地球清晰地拍下來的照片。此時,對於身在太空船上的太空人來說,地球的大小就像小孩子的玩耍的彈珠一樣,因而命名。

圖解:1972年的藍色彈珠,由阿波羅17號上的太空人拍攝

地圓說,是一種認為大地是球形的理論,與地平說相對。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. quickanddirtytips- Sabrina Stierwalt-忙碌的北門

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