理性的力量

我們居住的地球是什么形狀的？這似乎是每個小朋友都能回答的問題。而人類認識地球形狀的過程，恰好對應著人類科技變革的進程。

大地形狀猜想

相信小朋友們一定聽過“天圓地方”這個說法，中國古人對宇宙的認識有很多種不同的說法。譬如，“蓋天說”（圖1）。在2000年前的周朝，存在著一種“天圓如張蓋、地方如棋局”的說法，意思是說，藍天就像是一個半球狀的圓蓋，大地則像一塊四方的棋盤，藍天與大海相連。

其他文明古國對于地球形狀也都有過很多奇奇怪怪的猜想。

印度盛產大象，古代印度人認為大地像個圓盾，由三頭大象馱著，大象站在海龜背上，海龜又站在眼鏡蛇的身上（圖2）。

古埃及人更相信神靈，認為大地是神吉伯的身體。他彎曲一只手臂并抬起膝蓋，象征著地球上的山巒河流。天空是一個由大氣之神浮托著的女神，太陽神每天乘船在天空中往來穿行（圖3）。

這些傳說都是先民對宇宙的直觀感受和綺麗猜想，也記錄著人類對宇宙和地球探索的過程。

發現地球

2600多年前，古希臘出了一位非常著名的數學家名叫畢達哥拉斯。他認為在所有的立體圖形中，球形是最完美和諧的，所以他猜想我們生活的地球應該是球形的，但這在古人看來簡直是天方夜譚。

直到古希臘偉大的思想家、科學家、哲學家亞里士多德的出現，證實了這一猜想。亞里士多德發現，大海里的帆船，歸航時先出現船帆，后出現船身；出航時，船身先消失，船帆后消失。亞里士多德通過觀察月食，發現月球上地球的影子是圓形的，第一次科學地論證了地球是個球體。

地球有多大？

從猜想地球是個球體到科學的證實經歷了200多年，既然知道了地球是個球體，那么是否有人知道地球的大小呢？早在2000多年前，古希臘自然哲學家埃拉托色尼就已經粗算出地球的周長。

簡要來說，埃拉托色尼的方法是：選擇同一經線上的兩個地點——賽伊尼（在今天的阿斯旺）和亞歷山大港，在夏至日那天測量兩地物體影子的長度（圖4）。賽伊尼處于一個特殊的位置。當地有一口深井，夏至日那天太陽光可直射井底。今天我們知道，這是因為賽伊尼正好位于北回歸線上，夏至日的太陽正好位于天頂，此時可以近似認為陽光的延長線穿過地心。

（圖4 埃拉托色尼及其測量方法）

同時，他在亞歷山大港選擇了一座高大的方尖石塔作參照，測量了夏至日那天石塔影子的長度，從而計算出方尖石塔和太陽光線之間的角度為7°12′，即相當于圓周角360°的1/50。他假設地球上不同位置的陽光都是平行的，根據內錯角相等的原理，賽伊尼到亞歷山大港對應的地心角度也是7°12′，這一角度對應的弧長，即從賽伊尼到亞歷山大港的距離，應該相當于地球周長的1/50。

埃拉托色尼隨后查找測地資料，得知這兩個城市的距離是5000希臘里。把這個距離乘以50，可知地球的周長為25萬希臘里。1希臘里等于157.5米，算得地球周長約為39000千米。今天我們測出的地球周長大約是40076千米，證明他得出了比較準確的結果，這是非常了不起的成就，注定永載史冊。

向西出發去東方

哥倫布一生從事航海活動，先后移居葡萄牙和西班牙。他相信大地球形說，認為從歐洲西航可達東方的印度和中國。他在西班牙國王的支持下，先后4次出海遠航，開辟了橫渡大西洋到美洲的航路，首次登上美洲大陸。他發現和利用了大西洋“低緯度吹東風，較高緯度吹西風”這一風向變化規律，證明了大地球形說的正確性，促進了舊大陸與新大陸的聯系。

麥哲倫出生于航海大國葡萄牙。原本是貴族后裔的他因為家族沒落，不得不在王室做一名仆人，1517年，屢次遭拒的麥哲倫無奈來到了西班牙。在這里，他得到了國王查理一世的賞識。

1519年9月20日，麥哲倫率領一支5艘船組成的遠征隊從塞維利亞港出發了。歸來時，麥哲倫船隊的5艘遠洋隊只剩下“維多利亞”號遠洋帆船。麥哲倫船隊以巨大的代價獲得環球航行成功，證明了地球是圓球形的，結束了幾千年來關于大地形狀的猜想。