地球是圓的嗎?

但凡是小學(xué)畢業(yè)了的人都知道，我們所生活的藍星是一個漂浮在宇宙中的球狀物。不過由于藍星龐大的直徑，這個事實花費了人類很多時間去證實。現(xiàn)在我們知道，你只要上升到離地面大約五萬米的高度，對著藍星的邊緣地帶拍張照，這個問題就可以不證自明。但對于我們大多數(shù)人來說，坐飛機不過是偶爾為之，更不要說用上高空氣球這樣的先進設(shè)備了。身為Geek，我們當(dāng)然知道結(jié)論需要經(jīng)過證明才能成為真命題。那么，生活在藍星表面的我們要如何才能證明藍星是一個球狀物呢?

分析篇

當(dāng)古希臘人站在愛琴海邊眺望那些來來往往，為城邦帶來大量財富的商船時注意到，遠處的帆船總是先從地平線上探出船帆，然后才是船身。這說明地球的表面和光線傳播的路徑有部分偏差。正是這個現(xiàn)象讓那些古希臘的物理學(xué)家們意識到，大地或許是球形的。我們今天要驗證地球是圓的，也是從這個地方入手。我們知道，在大部分情況下光是直線傳播的，所以我們需要用一束光從A點照射到B點。如果地球是平面的，那么很顯然，在A點與地面平行的光線在B點被與地面垂直的鏡面反射回去時，應(yīng)該再次回到A點。如果光線不能回到B點，那么很顯然，地不平。

原理大致說來很簡單，但要實現(xiàn)起來還是有不少困難需要解決。首先我們要保證光線的匯聚和直線傳播。其次，我們要確定AB兩點上的絕對水平與垂直，并以此為基準(zhǔn)安放光源和鏡子。最后需要確認的是AB兩點的海拔高度相同。這其中，第一個問題相對比較簡單。世界上已經(jīng)有一種光線，它會始終匯聚在一起，并一直保證準(zhǔn)直，這個就是激光。如今激光已經(jīng)算不上啥高科技了，在地攤上花幾塊錢就能買到一個激光指示器，不過這樣的玩意兒可能在匯聚性上有點不盡如人意。為了保證實驗的準(zhǔn)確性，我們還是建議大家多花點錢，搞一只能發(fā)出醒目的綠色激光的觀星用激光指示器。

很早以前的人就發(fā)現(xiàn)，在一根繩子上掛上一個重物后，繩子總是會筆直的指向地面。翻譯成科學(xué)的語言就是：繩子位于重物重心與地球重心之間的延長線上，并與地平面垂直。這種東西我們現(xiàn)在叫做鉛垂。直到今天，建筑工人們還用這種技術(shù)來保證墻體的垂直。當(dāng)然了，在我們即將要進行的實驗中，我們會證明不同地點上的鉛垂線其實并不平行。如果要修的房子足夠高，用這樣的方法遲早會出事。回到我們的實驗中來，通過鉛垂線和三角尺，我們很容易就能夠確定與地面垂直或者水平的線，如果再加上水平尺，結(jié)果將會更加精確。

我們最后要解決的是海拔高度問題。這個問題可以有兩種解決辦法。如果你住在在海邊，那么恭喜你，你有了一個天然的水平儀。只需要分別在AB兩地確認海邊沙灘上兩頭所達到的最高點，就能保證海拔高度的一致。另外，在海邊進行這個實驗的另一個好處是視野開闊，障礙物少，這樣測試的距離可以拉得很開。我們知道，進行測試的距離越大，所得到的結(jié)果就越明顯。

基于同樣的道理，寬闊而且水流平緩的湖邊也是不錯的實驗地點。不過河流就不太合適了。因為流動的河流一定會形成落差，上游和下游的水邊并不在同一條水平線上。不過遺憾的是，我國的大多數(shù)城市都不沿海，特別是像《Geek》編輯部所在的重慶市這樣的山地城市，幾乎每一條道路都有高低差。在這樣的環(huán)境中，我們就必須依靠GPS設(shè)備來確定自己所處位置的海拔高度了。要注意的是，這樣的方式最少也有1米左右的誤差，因此必須以足夠長的距離進行測試以彌補。

操作篇

把所有的關(guān)節(jié)想清楚之后，我們就可以開始實驗了。關(guān)于如何確定AB兩地的距離不用我們教，你自己就可以用皮尺測量。關(guān)于確定海拔也不用我們教，你自己拿個GPS就能搞定。唯一需要說明的，就是激光筆和鏡子的固定方式。為了保證鏡子的垂直，我們需要在一個有橫梁的架子上放下一條鉛垂線，然后將平整的鏡子背面的上緣和下緣分別與繩子固定在一起。固定可以用膠帶，也可用快干膠一類的玩意兒。由于重力的作用，鉛垂線會自然緊貼鏡子的背面，這樣我們就能保證鏡子的垂直了。至于用作光源的激光指示器，那就更簡單了。如果你的激光指示器是上下一般粗細的，只需要用膠帶把它綁在水平尺上就行了。這樣不但能夠保證光源的角度正確，也方便調(diào)整高度和方向去瞄準(zhǔn)B點的鏡子。

最后，我們建議大家選擇晚上進行測量，因為晚上激光束的可見度更高，調(diào)整起來比較方便。

寫在最后

使用我們介紹的方法進行測試，很容易就能讓經(jīng)過反射的光斑發(fā)生偏移，從而驗證我們從小就被教育的，關(guān)于地球形狀的描述。從理論上講，使用這種方法甚至能夠測量出地球的周長。不過我們知道，相對于地球40，000公里的周長，我們所能夠測試的距離實在是太小了。再加上測量激光的出發(fā)點和落點之間的距離時，必然會產(chǎn)生誤差。這些誤差疊加起來，再加上計算過程中的倍數(shù)關(guān)系，很容易就能影響我們最終測得的地球周長。當(dāng)然，如果你在提高精度上有什么建議，也歡迎和我們聯(lián)系，說不定我們會在《Geek》上介紹你提出的方法哦。