地球為什么是圓的

大地平、球之爭

是什么原因導致古人認為地球是平的呢？

原來，當我們站在空曠的地方，一眼望去，確實會給人以大地是平坦的感覺，特別是登高望遠的時候，看到如棋盤狀的大地，更是給人一種大地是平的錯覺。這是因為人能看到的地表和地球的大小相比，實在是太小了，一般情況下，很難發(fā)現(xiàn)大地的弧度。

但古代的一些智者，卻從一些蛛絲馬跡中，通過深入思考，很早就發(fā)現(xiàn)了大地是球形這一事實。這些智者就是古希臘的一些杰出學者。畢達哥拉斯和亞里士多德等人早在2400年前，就發(fā)現(xiàn)了一些端倪。他們認為大地是球形的主要依據(jù)有如下幾點：

1.水滴是球形——大地也是;

2.從希臘向東，到非洲能看到大象，往西，到亞洲也能看到大象;

3.在海邊看帆船，先看到桅桿頂，后看到船身;

4.越往北，看到北極星相對地平線的高度越高，而且會看到不同的星空。

其中，第1點只能算是類比，并不能因為水滴是球形，就可以得出大地也是球形的結論;第2點則是徹底錯了，因為人們看到的并不是同一種大象;而第3點和第4點則是正確的。至少，大地必須是一個大大的弧形才能出現(xiàn)第3點和第4點所指的兩種現(xiàn)象。如果地球是平坦的，那么海平面也會是平坦的，這樣就不會出現(xiàn)第3點中提到的現(xiàn)象。越往北走，北極星升得越高;越往南走，北極星就越低。這里對北極星高度升高稍微解釋一番。所謂北極星的高度，我們其實可以形象化地用需要抬頭多少角度才能直視北極星來理解。古希臘學者很早就發(fā)現(xiàn)，越往北邊走，腦袋需要越仰越高才能直視北極星，而越往南走，北極星則是越來越靠近地平線，直到消失在地平線之下。

在天氣良好的海邊，遠處駛來的帆船，總是先看到桅桿頂，后看到船身（供圖/韓文標）

上：對球形的大地，往北走，北極星高度越高;而往南則越來越低，赤道以南則看不見北極星;下：如果大地是平坦的，則在所有的地方都能看到北極星，且高度不變（供圖/韓文標）

地球應該是一個球

當然，所有的這些都是合理的推理，距離確定性的證據(jù)還比較遠。

古希臘人通過對月食的觀察，堅定了地球應該是一個球的設想。古希臘人很早就知道，月食是地球遮住太陽光造成的，因此月食就是地球的影子。亞里士多德發(fā)現(xiàn)，月食總是圓形的，這樣地球有極大可能就是一個圓球，只有這樣才能保證在任何情況下，地球投射在月面上的影子總是圓形。除此之外，唯一的可能性就是地球是個圓餅，而且永遠正對著月亮。但這顯然和事實不符，因為月亮是東升西落的。另外，前面講到的事實也否定了地球是平坦的可能。因此，如果月食真的是地球的影子，那么幾乎可以確定地球的形狀是圓的。

但是，即使有這些證據(jù)，全世界絕大部分人還是無法相信地球是圓的。1519年，葡萄牙人麥哲倫開始了他劃時代的航海探險。他始終向一個方向航行，最終在3年后回到原點，他用事實證明了地球是圓的，地圓說真正流行于世界。

我測出了地球的大小

古希臘學者還有一個驚人的成就，那就是很早就測量出了地球的大小。

月食上的陰影，總是圓形

一位叫埃拉托斯特尼的科學家、哲學家可能是最早計算出地球半徑的人。他是亞歷山大圖書館的第三任館長，據(jù)說有人給他寫信（也有人說他是從書中得知），說每年的6月21日或22日這天（夏至），太陽在正午能夠直射入埃及阿斯旺的水井中（現(xiàn)在我們知道，阿斯旺差不多正好位于地球的北回歸線處，每年夏至的正午，太陽會直射到地面，地上的物體幾乎沒有影子）。于是，埃拉托斯特尼立刻在夏至這天正午，在亞歷山大市（阿斯旺的北面，距之100多千米）垂直豎起了一個直竿，并測量了光線和直竿的夾角，從而計算出了地球的半徑是6300多千米（這個數(shù)值非常接近現(xiàn)在的精確值）。

都是引力在作怪

現(xiàn)在，我們都已經(jīng)知道地球是圓的，并且還測量出了它的大小，有讀者一定會問，為什么地球是圓的，而不是方的、扁的、平的或者其他更一般的形狀呢？

地球是圓的

每年夏至正午，陽光會直射在阿斯旺。距離它100多千米的北邊城市亞歷山大，太陽光線的入射角度大約是7度，這樣就很容易算出地球的半徑（供圖/韓文標）

實際上，我們發(fā)現(xiàn)，肉眼可見的絕大部分天體都是球狀的，所以地球是圓的，并不意外。但背后的道理是什么呢？當初有人質(zhì)疑地圓說時問過一個可笑的問題：“如果地球是圓的，那么背面的人不是掉下去了嗎？”地球“背面”的人當然不會掉下去，因為有一種叫萬有引力的力量，把我們牢牢地束縛在地面上。而正因為地球具有較為強大的引力，才使得自身的形狀呈現(xiàn)球形。

引力是一種有心力，只要距引力中心距離相同，引力的大小就相同。幾何體中，球有一個性質(zhì)，即球面上到球心的距離處處相等。那么在強大的引力作用下，一個天體的形狀就會逐漸呈球形。但如果一個星球的引力不夠強大，那形狀就比較五花八門了，比如直徑小于500千米的小行星——蓋斯普拉看上去就像一顆土豆一樣。

地球的引力雖然比較強大，但是還沒有強到使得地球表面沒有任何起伏的程度，因此，我們才能看到高山、峽谷、海溝?？茖W家計算發(fā)現(xiàn)，地球引力允許的高度差是26千米左右。這就是說如果一座山超過這個高度，就會在引力作用下垮塌。目前，地球上海拔最高的山峰還不到9千米，而最深的海溝是11千米，相差差不多20千米，相較于地球6371千米的半徑來說，這點起伏不算什么。因此，從遠處看，地球還是呈現(xiàn)圓球狀。

小行星蓋斯普拉（圖片來源/Wiki）

質(zhì)量更大的恒星，如太陽，當然呈現(xiàn)出更加完美的球形，更加致密的天體如中子星、黑洞等，都是如此。中子星的密度極大，一個指頭大小的物質(zhì)就有差不多7億噸，因此上面任何小的凸起都會被碾平。不過，天體都在自轉，自轉會提供一種抵抗引力的離心力。我們可以做一個小實驗，雙臂自然下垂，然后旋轉自己的身體，這時你會察覺你的雙臂自然而然地升起來。對天體來說也是如此。地球的自轉，導致地球赤道鼓起來，而兩極略扁，形成一個橢球狀，因此地球赤道半徑就比地心到北極的半徑要多差不多20千米。即使是中子星這樣致密的天體，如果自轉很快的話（目前觀測到自轉最快的中子星，每秒轉700圈，是地球自轉的6000萬倍），形狀嚴格來說也是橢球形。

小行星蓋斯普拉（圖片來源/Wiki）小行星司琴星（圖片來源/Wiki）

不是特別強大的引力使地球表面存在高低起伏

最后，我們總結一下：粗略地說，地球是圓的，這是因為萬有引力的作用;更精確一點，因為地球的自轉等作用，地球并非一個正圓，而是中間鼓起、兩極略扁的橢球體;再精確一點，因為地球的引力還不夠強大，所以地球的形狀大體上是橢球，但存在非常豐富的高低起伏，有高山、峽谷、海溝等，是一個豐富多彩的世界。也正因為如此，人類才能在這個星球上繁衍。