地球是圆的吗?

Geek - - Contents - 文+图=andy.Fu

但凡是小学毕业了的人都知道,我们所生活的蓝星是一个漂浮在宇宙中的球状物。不过由于蓝星庞大的直径,这个事实花费了人类很多时间去证实。 现在我们知道,你只要上升到离地面大约五万米的高度,对着蓝星的边缘地带拍张照,这个问题就可以不证自明。但对于我们大多数人来说,坐飞机都不过是偶尔为之,更不要说用上高空气球这样的先进设备了。身为Geek,我们当然知道结论需要经过证明才能成为真命题。那么,生活在蓝星表面的我们要如何才能证明

蓝星是一个球状物呢?

分析篇

当古希腊人站在爱琴海边眺望那些来来往往,为城邦带来大量财富的商船时注意到,远处的帆船总是先从地平线上探出船帆,然后才是船身。这说明地球的表面和光线传播的路径有部分偏差。正是这个现象让那些古希腊的物理学家们意识到,大地或许是球形的。我们今天要验证地球是圆的,也是从这个地方入手。我们知道,在大部分情况下光是直线传播的,所以我们需要用一束光从A点照射到B点。如果地球是平面的,那么很显然,在A点与地面平行的光线在B点被与地面垂直的镜面反射回去时,应该再次回到A点。如果光线 不能回到B点,那么很显然,地不平。

原理大致说来很简单,但要实现起来还是有不少困难需要解决。首先我们要保证光线的汇聚和直线传播。其次,我们要确定AB两点上的绝对水平与垂直,并以此为基准安放光源和镜子。最后需要确认的是AB两点的海拔高度相同。这其中,第一个问题相对比较简单。世界上已经有一种光线,它会始终汇聚在一起,并一直保证准直,这个就是激光。如今激光已经算不上啥高科技了,在地摊上花几块钱就能买到一个激光指示器,不过这样的玩意儿可能在汇聚性上有点不尽如人意。为了保证 实验的准确性,我们还是建议大家多花点钱,搞一只能发出醒目的绿色激光的观星用激光指示器。

很早以前的人就发现,在一根绳子上挂上一个重物后,绳子总是会笔直的指向地面。翻译成科学的语言就是:绳子位于重物重心与地球重心之间的延长线上,并与地平面垂直。这种东西我们现在叫做铅垂。直到今天,建筑工人们还用这种技术来保证墙体的垂直。当然了,在我们即将要进行的实验中,我们会证明不同地点上的铅垂线其实并不平行。如果要修的房子足够高,用这样的方法迟早会出事。回

到我们的实验中来,通过铅垂线和三角尺,我们很容易就能够确定与地面垂直或者水平的线,如果再加上水平尺,结果将会更加精确。

我们最后要解决的是海拔高度问题。这个问题可以有两种解决办法。如果你住在在海边,那么恭喜你,你有了一个天然的水平仪。只需要分别在AB两地确认海边沙滩上两头所达到的最高点,就能保证海拔高度的一致。另外,在海边进行这个实验的另一个好处是视野开阔,障碍物少,这样测试的距离可以拉得很开。我们知道,进行测试的距离越大,所得到的结果就越明显。基于同样的道理,宽阔而且水流平缓的湖边也是不错的实验地点。不过河流就不太合适了。因为流动的河流一定会形成落差,上游和下游的水边并不在同一条水平线上。不过遗憾的是,我国的大多数城市都不沿海,特别是像《GEEK》编辑部所在的重庆市这样的山地城市,几乎每一条道路都有高低差。在这样的环境中,我们就必须依靠GPS设备来确定自己所处位置的海拔高度了。要注意的是,这样的方式最少也有1米左右的误差,因此必须以足够长的距离进行测试以弥补。

操作篇

把所有的关节想清楚之后,我们就可以开始实验了。关于如何确定AB两地的距离不用我们教,你自己就可以用皮尺测量。关于确定海拔也不用我们教,你自己拿个GPS就能搞定。唯一需要说明的,就是激光笔和镜子的固定方式。为了保证镜子的垂直,我们需要在一个有横 梁的架子上放下一条铅垂线,然后将平整的镜子背面的上缘和下缘分别与绳子固定在一起。固定可以用胶带,也可用快干胶一类的玩意儿。由于重力的作用,铅垂线会自然紧贴镜子的背面,这样我们就能保证镜子的垂直了。至于用作光源的激光指示器,那就更简单了。如果你的激光指示器是上下一般粗细的,只需要用胶带把它绑在水平尺上就行了。这样不但能够保证光源的角度正确,也方便调整高度和方向去瞄准B点的镜子。

最后,我们建议大家选择晚上进行测量,因为晚上激光束的可见度更高,调整起来比较方便。

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