人類對(duì)地球形狀認(rèn)識(shí)趣談
現(xiàn)在人們對(duì)地球的形狀已有了一個(gè)明確的認(rèn)識(shí)：地球并不是一個(gè)正球體,而是一個(gè)兩極稍扁,赤道略鼓的不規(guī)則球體.但得到這一正確認(rèn)識(shí)卻經(jīng)過了相當(dāng)漫長(zhǎng)的過程.在我國(guó),早在二千多年前的周朝,就存在著一種“天圓如張蓋、地方如棋局”的蓋天說.隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,人類活動(dòng)范圍的擴(kuò)大,各種知識(shí)的積累,人們終于發(fā)現(xiàn),有一些客觀現(xiàn)象是無法用早期的那種直觀而質(zhì)樸的觀念來解釋的.實(shí)踐迫使人們不得不修改原來的錯(cuò)誤觀念,于是便有人提出了拱形大地的設(shè)想.這就產(chǎn)生了“渾天說”.著名的漢朝科學(xué)家張衡在所作的《渾天儀注》中寫道：“渾天如雞子,天體圓如彈丸,地如雞中黃,孤居于內(nèi),天大而地小.天表里有水,天之包地,猶殼之裹黃.天地各乘氣而立,載水而浮.”
公元前3世紀(jì),球形大地的觀念就已經(jīng)產(chǎn)生,但這畢竟沒有直接的證據(jù),所以人們對(duì)此并沒形成共識(shí).直到1519年～1522年,葡萄牙人麥哲倫率領(lǐng)的船隊(duì)完成環(huán)球航行,進(jìn)一步證實(shí)地球確實(shí)是個(gè)球體.從此,人們才一把我們居住的“大地”稱為“地球”.麥哲倫環(huán)球航行的實(shí)現(xiàn),是人類最終證實(shí)地球是個(gè)大圓球的里程碑.當(dāng)時(shí)西班牙國(guó)王送給航海家們一個(gè)最好的禮物,就是一個(gè)人類共同擁有,然而又不被人們真正認(rèn)識(shí)的彩色地球的模型——地球儀.上面刻著一行寓意深刻的題字——“你首先擁抱了我”.
大地是圓球形狀,到了16世紀(jì),已經(jīng)沒有什么可以爭(zhēng)論的了.但人類對(duì)地球形狀的認(rèn)識(shí),并沒有終止.地球是個(gè)怎樣的球體呢,是渾圓體還是橢圓體,是扁球體還是長(zhǎng)球體,是規(guī)則的還是不規(guī)則的?
英國(guó)著名物理學(xué)家牛頓于17世紀(jì)80年代提出了萬有引力定律.他從這個(gè)理論出發(fā),提出地球由于繞軸自轉(zhuǎn),因而就不可能是正球體,而只能是一個(gè)兩極壓縮,赤道隆起,像桔子一樣的扁球體.也就是說地球的半徑隨緯度的增加而變短,赤道的半徑最長(zhǎng),極半徑最短.法國(guó)天文學(xué)家里希爾在南美洲進(jìn)行天文觀測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn),擺鐘是受地面重力作用才擺動(dòng)的,在法國(guó)巴黎和在南美洲擺動(dòng)的周期不同.他認(rèn)為這是因地面上重力不同引起的,并進(jìn)而說明地面重力變化的情況.他的推測(cè)與牛頓的理論完全吻合,里希爾便正式提出了自己的結(jié)論.可是當(dāng)時(shí)的巴黎科學(xué)院的權(quán)威接受不了地面重力會(huì)有變化的客觀事實(shí).在地球形狀上,反對(duì)牛頓理論的代表人物,是當(dāng)時(shí)巴黎科學(xué)院所屬的巴黎天文臺(tái)第一任臺(tái)長(zhǎng)卡西尼父子.他們?cè)鴮?duì)從巴黎到其以北的城市敦刻爾刻之間的子午線進(jìn)行過很不精確的弧度測(cè)量.他們的測(cè)量結(jié)果與里希爾的結(jié)論完全相反.因而伏爾泰在文章里說：“關(guān)于地球的形狀,在倫敦認(rèn)為是個(gè)桔子,而在巴黎卻把它想象成一個(gè)西瓜.”
到了18世紀(jì)30年代,關(guān)于地扁和地長(zhǎng)的爭(zhēng)論更加激化.法國(guó)巴黎科學(xué)院分為兩派,擁護(hù)牛頓在理論上確定的扁球?qū)W說的人,在科學(xué)院內(nèi)形成了強(qiáng)大的力量.為了解決這個(gè)爭(zhēng)端,法國(guó)國(guó)王路易十四派出兩個(gè)遠(yuǎn)征隊(duì),再一次去實(shí)測(cè)子午線的弧度.一個(gè)隊(duì)到北緯66度的拉普蘭地區(qū),另一隊(duì)遠(yuǎn)涉重洋到南美洲的秘魯?shù)貐^(qū)（南緯2度）.這是18世紀(jì)科學(xué)史上一大壯舉.南美遠(yuǎn)征隊(duì)經(jīng)過10年工作,才回到巴黎.這次精密的子午線測(cè)量結(jié)果一公布,便轟動(dòng)了巴黎科學(xué)院,也轟動(dòng)了整個(gè)科學(xué)界,因?yàn)樗麄冇檬聦?shí)證明了牛頓的扁球說理論是完全正確的.為此伏爾泰風(fēng)趣地寫道：兩個(gè)遠(yuǎn)征隊(duì)用最雄辯的事實(shí),“終于把兩極和卡西尼都一起壓下去了”.
最早算出地球大小的,應(yīng)該說是公元前3世紀(jì)的希臘地理學(xué)家埃拉托斯特尼.他成功地用三角測(cè)量法測(cè)量了阿斯旺和亞歷山大城之間的子午線長(zhǎng),算出地球的周長(zhǎng)約為25萬希臘里（39600千米）,與實(shí)際長(zhǎng)度只差340千米,這在2000多年前實(shí)在是了不起的.
20世紀(jì)50年代后,科學(xué)技術(shù)發(fā)展非常迅速,為大地測(cè)量開辟了多種途徑,高精度的微波測(cè)距,激光測(cè)距,特別是人造衛(wèi)星上天,再加上電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)用和國(guó)際間的合作,使人們可以精確地測(cè)量地球的大小和形狀了.通過實(shí)測(cè)和分析,終于得到確切的數(shù)據(jù)：地球的平均赤道半徑為6738.14千米,極半徑為6356.76千米,赤道周長(zhǎng)和子午線方向的周長(zhǎng)分別為40075千米和39941千米.測(cè)量還發(fā)現(xiàn),北極地區(qū)約高出18.9米,南極地區(qū)則低下24～30米.看起來,地球形狀像一只梨子：它的赤道部分鼓起,是它的“梨身”；北極有點(diǎn)放尖,像個(gè)“梨蒂”；南極有點(diǎn)凹進(jìn)去,像個(gè)“梨臍”,整個(gè)地球像個(gè)梨形的旋轉(zhuǎn)體,因此人們稱它為“梨形地球”.確切地說,地球是個(gè)三軸橢球體.