這是埃及地圖,在地中海岸邊的這個城市是埃及的著名城市亞歷山大。在公元前3世紀,亞歷山大是地球上最大的城市,它的燈塔舉世聞名。亞歷山大圖書館擁有當時世界上最豐富的古籍收藏。圖書館的館長叫厄拉多塞(Eratosthenes,也翻譯為埃拉托色尼、埃拉托斯尼等),幾乎精通所有領(lǐng)域,他是一個天文學家、歷史學家、地理學家、哲學家、詩人、戲劇批評家和數(shù)學家。他的著作從《天文學》到《痛解論》無所不有。
有一天,他從一本書里讀到一段話:在南部邊疆西恩納(Syene),今天的阿斯旺(Aswan),在6月21日,夏至那天,一年當中白天最長的一天,在接近中午的時候,直立長桿、圣堂圓柱等的陰影越來越短,最后在正午消失,此時太陽位于頭頂正,到井邊打水的人們,在深井井底能看到太陽的倒影。
長竿、陰影、井底太陽倒影,這些日常生活中常見的事物很容易被人們忽略,它們會有什么重要意義嗎?厄拉多塞是一個科學家,他十分驚奇,并想親自做個實驗,看看在亞歷山大,在6月21日正午,直立長竿會不會在地面上投下陰影?結(jié)果:長竿在地面上投下了陰影。
厄拉多塞思考:為什么在西恩納的直立長竿不投下陰影,而在北邊的亞歷山大的直立長竿卻投下明顯的陰影呢?
假設(shè)有兩根等長的長竿,一根直立在亞歷山大,另一根直立在西恩納。在某一個特定時刻,如果兩根長竿都沒有在地面上投下陰影,這一點很容易理解:因為地球是扁平的,太陽在頭頂上直射,直立長桿都沒有陰影。
如果兩根長竿在地面上都投下陰影,而且陰影長度相等,那么在扁平的地球上也說得通:太陽沒在頭頂,太陽光線以同樣的角度斜射在這兩根長竿上。但是在同一時刻,在西恩納的長桿沒有陰影,而在亞歷山大的長桿卻有明顯的陰影,這究竟是怎么一回事呢?
對新鮮事物總是持懷疑態(tài)度的人認為,是書寫錯了。但厄拉多塞認為,這是個明顯的事實,不可能寫錯。唯一可能的答案是:地球的表面是弧形的,而且弧度越大,陰影長度的差別就越大。因為太陽離我們十分遙遠,所以照射地球的陽光是平行的。長竿與太陽光線的夾角不同,它們在地面上投下陰影的長度也不同。
厄拉多塞通過測量在亞歷山大的桿長和影長,得出太陽光線與桿的夾角為7°,根據(jù)平面幾何內(nèi)錯角相等,得出兩地長竿在地心的交角為7°。厄拉多塞雇人走路,測出從亞歷山大到西恩納之間的距離為800千米。800千米除以7°,得出1°對應的長度,地球周長為360°,乘以360°,就得出地球周長,大約為4萬千米。這個答案是正確的。
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