地球的形状和大小

地球的形状和大小

地球表面崎岖不平，它的真实形状是非常不规则的，但比起地球的大小来，地面起伏的差异又是微不足道的。因此，在讨论地球形状这一课题时，为了使它的总体形状特征不被地面起伏的微小差异所掩盖，人们不去考虑地球表面的形状，而是研究它某种理论上的表面形状，这就是全球静止海面的形状。

所谓全球静止海面的形状，指的是海面的形状。它忽视地表的海陆差异，海面显然要简单和平整得多。所谓静止海面，指的是平均海面，它设想海面没有波浪起伏和潮汐涨落，也没有洋流的影响，完全平静。

所谓全球静止海面，它不仅包括实际存在的太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋，而且以某种假想的方式，把静止海面延伸到陆地底下，形成一个全球性的封闭曲面，称为大地水准面。这是一个重力作用下的等位面，是地面上海拔高度起算面，地球的形状就是指大地水准面的形状。

古希腊学者埃拉托色尼（约公元前276～前194年）在历史上第一次粗略地测定了地球的大小。当夏至日正午，太阳位于埃及南部阿斯旺（旧时称悉尼）的天顶，阳光直射深井的井底，埃拉托色尼据此认为，阿斯旺地处北回归线。他还估计，亚历山大与阿斯旺位于同一经线上，两地相距约为5000斯台地亚（古希腊长度单位）。这样，他只要测中亚历山大夏至日正午大阳高度，就可以得出地球的大小。

埃拉托色尼并不直接测定正午太阳高度，而是用圭表测定正午影长，这种圭表是半个空心圆球，圆球中央有一根竖直的轴，这根轴就是圆球的半径。当圭表放置地面的时候，这根轴便垂直于地面，指向天顶。

埃拉托色尼测得亚历山大夏至日正午，圭表轴投射在圆球上的影长，约为整个圆周的1/50，即约7．2°，古希腊人已有相当完备的几何学知识。埃拉托色尼推得，圭表轴投射在圆球内表面的影长与圆周长度之比，等于阿斯旺与亚历山大两地间的经线弧长与地球周长之比。换句话说，地球子午线周长等于阿斯旺至亚历山大之间距离的50倍，即250000斯台地亚。1斯台地亚合158米，那么，地球周长为39500千米。这与近代的测定值40025千米相当接近，换算成地球半径约为6370千米。

严格说来，埃拉托色尼测定地球大小的工作，实际上只做了一半，即测定两地的纬度差，而两地间的距离是估算的，并非实测。最早实测子午线长度的，则是我国唐代天文学家僧一行（本名张遂，公元637～727年）。

公元724年，在僧一行的主持下，太史监南宫说率领一支测量队，在今河南省黄河南北的平原地带，分别测定了大体上位于同一经线上的滑县、开封、扶沟和上蔡四地的分至日正午影长和极高（即纬度），同时丈量了上述各地间的水平距离，从而得出“三百五十一里八十步而极差一度”。

一行没有球形大地的概念，他只是以实测数据否定当时“日影千里而差一寸”的说法，而没有把“极差一度”看做地面上的纬度。因此，一行并不理解自己所做的就是地球子午线长度的测定，就像后来的哥伦布并不知道他所发现的陆地是美洲一样。

人们对地球的形状有一个漫长的认识过程。古代东西方人由于受到生产力水平的限制，视野比较狭窄，所以认为天是圆的地是方的，即所谓的“天圆地方”。公元前古希腊，人们已经开始注意很多现象，如：站得越高，看得越远，由远驶近的船只，总是先看见船的桅杆，再看到船身等等，对地球的形状产生直觉的推测。

僧一行

公元前5～前6世纪，古希腊哲学家毕达哥拉斯（约公元前58～前500年）就提出地球是球形的观念；另一位古希腊哲学家亚里士多德（公元前384～前322年）根据月食时月球上的地影是一个圆，第一次科学论证了地球是个球体。公元1522年，麦哲伦及其伙伴完成绕地球一周以后，才确立了地球为球体的认识。

毕达哥拉斯

最早算出地球大小的，应该说是公元前3世纪希腊地理学家埃拉托色尼。他成功地用三角测量出地球周长约为25万希腊里（39600千米），与实际长度只差340千米，这在2000年前是非常了不起的。

17世纪末，牛顿研究了地球自转对地球形态的影响，从理论上推测地球不是一个很圆的球形，而是一个赤道处略为隆起，两极略为扁平的椭球体。

1672年法国人里舍把一个在法国巴黎运转准确的单摆钟，放在赤道附近南美洲的圭亚那的卡宴，却每天慢2分28秒，这是一个不小的误差。他不得不根据恒星的运动来校正他的摆钟，把摆长缩短4毫米，使摆钟恢复正常定时。

两年后，里舍回到巴黎，却发现钟又走快了，加快的数值恰好就是当初在南美减慢的数值。他把钟摆恢复到原来的长度，于是，钟又走准了。研究了这一现象后他认为，地球在赤道附近是凸起的，于是得出结论：地球不是正球体，而是扁的扁球体。