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重生强者归来_(美)乔治·伽莫夫著;阳曦译(第十章 不断扩展的地平线) 第(2/2)页

呃,还真有个办法,当时一位名叫埃拉托斯特尼的著名科学家第一个想到了这个法子,他生活在公元前3世纪的亚历山大港,这座城市是希腊在埃及的殖民地。埃拉托斯特尼听说尼罗河上游有座名叫昔兰尼[116]的城市,它位于亚历山大港以南,二者相距5000视距;春分的正午,太阳悬挂在那座城市的正上方,垂直于地面的物体完全没有影子。从另一方面来说,埃拉托斯特尼知道,亚历山大港任何时候都不会出现这样的景象,同样是春分的正午,在他生活的这座城市里,太阳偏离了天顶(头顶正上方的那个点)7度,或者说一个圆的1/50。埃拉托斯特尼假设地球是圆的,所以他对这种现象做出了一个简单的解释,通过图106你很容易就能看懂。事实上,由于两座城市之间的地面是弯曲的,垂直于昔兰尼的阳光照到更北边的亚历山大港时必然与地面形成一定夹角。通过这幅图你还能看到,如果从地球的圆心出发,分别作两条通往亚历山大港和昔兰尼的直线,那么这两条线之间的夹角必然等于亚历山大港的阳光(当它垂直于昔兰尼时)与垂线之间的夹角。

由于这个角等于圆的1/50,所以地球的周长应该等于两座城市之间的距离乘以50,即250,000视距。1希腊视距约等于1/10英里,所以埃拉托斯特尼算出来的结果相当于25,000英里,或者说40,000千米,非常接近我们现在测得的数值。

无论如何,人类第一次测量地球的重点不在于最后的结果有多准确,而在于人们终于意识到,地球竟然这么大。既然如此,地表总面积一定比已知的所有土地大几百倍!如果真是这样的话,已知的边界之外会是什么样呢?

说到天文尺度的距离,我们必须先了解视差位移(简称“视差”)的概念。这个陌生的词儿听起来可能有些吓人,但事实上,视差的概念非常简单,而且十分有用。

要了解视差,我们或许可以从穿针开始。如果闭上一只眼拿线穿针,很快你就会发现这样做很难;线头要么离针鼻太远,要么太近。如果只用一只眼,你很难判断针鼻与线头之间的距离;但要是两只眼睛都睁开,你很容易将线头穿过针鼻,或者至少很容易学会。用两只眼睛观察物体的时候,你会不自觉地让两只眼睛同时聚焦在一件物体上。物体离你越近,你的眼球就向对侧转得越多,肌肉感觉到的张力会清晰地告诉你物体的距离。

现在,你可以试试先闭上一只眼,然后换一只眼,你会发现,物体(在这个例子里就是针)相对于远处背景的位置(比如说房间对面的窗户)发生了变化。这种效应就是视差位移,大家想必都很熟悉;如果你从没听说过这个词儿,只要看看图107里左眼和右眼分别看到的针和窗户就很容易明白。越远的物体视差位移越小,所以我们可以利用这一点来判断距离。我们可以用弧度精确测量视差位移,比起靠眼球肌肉的感觉简单地判断距离,这种方法要准确得多。但我们双眼之间的距离大约只有3英寸,所以一旦物体离我们超过几英尺,双眼就很难准确估计它的距离了;观察遥远物体的时候,双眼的视线几乎完全平行,所以视差位移小得可以忽略不计。要测量更远的距离,我们需要拉开两只眼睛之间的距离,这样才能增加视差位移的角度。但你也不用专门去做手术,我们可以利用镜子变个戏法。

图108画的是海军在战斗中测量敌舰距离的装置(在雷达发明之前)。它实际上是一根长管子,观察者的双眼正前方分别装着一面镜子(A、A′),还有两面镜子(B、B′)分别装在管子两头。透过这样的测距仪向外观察,实际上你的左眼看到的景象来自镜子B,右眼看到的则来自镜子B′。这套装置有效地拉长了双眼之间的距离(即所谓的“光学基线”),让你能够测量更远的距离。当然,海军依靠的不仅仅是眼球肌肉的感觉,测距仪上装有特殊的配件和刻度盘,可以帮助他们准确测量视差位移。

哪怕敌人的船只还没完全驶出海平线,海军的测距仪也能完美测量敌舰的距离,但要是你想用它来测量天体的距离,却会遭遇彻底的失败——就算是月亮这么近的天体也不行。事实上,要观察到月球相对于遥远恒星背景的视差,光学基线——也就是双眼之间的距离——至少应该达到几百英里的长度。当然,我们不必真的制造一台能将你的双眼拉开这么远的装置,比如说左眼在华盛顿,右眼在纽约,只需要同时从这两座城市拍摄星空背景上的月亮就行。把这两张照片放到立体镜里,你就能看到月亮悬挂在星空中。通过测量同一时刻在地球上不同地点拍摄的月球与星空的照片,天文学家发现,如果从地球表面的两个对跖点观察,月球的视差距离是1°24′5″。由此计算可得,地球到月亮的距离相当于地球直径的30.14倍,也就是384,403千米,或者说238,857英里。

根据地月距离和观察到的角直径,我们发现月球的直径差不多相当于地球直径的1/4,那么它的表面积只有地球表面积的1/16,差不多相当于一个非洲大陆。

利用类似的办法,我们也能测量地球和太阳之间的距离;但太阳比月亮远得多,所以测量起来也困难得多。天文学家发现,地日距离是149,450,000千米(92,870,000英里),或者说,地月距离的385倍。正是因为太阳距离我们这么遥远,所以它看起来才会和月亮差不多大;事实上,太阳比月亮大得多,它的直径是地球直径的109倍。

如果说太阳是个大南瓜,那么地球就是一粒豌豆,而月亮只是一颗罂粟籽,纽约的帝国大厦差不多相当于我们通过显微镜能观察到的最小的细菌。请务必记住,古希腊一位名叫阿那克萨哥拉(Anaxagoras)的进步哲学家曾经被放逐,甚至遭到死亡的威胁,仅仅因为他告诉学生,太阳可能是一个和希腊差不多大的火球!

利用类似的方法,天文学家还能测量我们这个星系中的行星与地球之间的距离。新近发现的最遥远的行星叫作冥王星,它和太阳之间的距离大约相当于地日距离的40倍,确切地说,冥王星距离太阳足足3,668,000,000英里。[117]


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