理性的力量

我们居住的地球是什么形状的？这似乎是每个小朋友都能回答的问题。而人类认识地球形状的过程，恰好对应着人类科技变革的进程。

大地形状猜想

相信小朋友们一定听过“天圆地方”这个说法，中国古人对宇宙的认识有很多种不同的说法。譬如，“盖天说”（图1）。在2000年前的周朝，存在着一种“天圆如张盖、地方如棋局”的说法，意思是说，蓝天就像是一个半球状的圆盖，大地则像一块四方的棋盘，蓝天与大海相连。

其他文明古国对于地球形状也都有过很多奇奇怪怪的猜想。

印度盛产大象，古代印度人认为大地像个圆盾，由三头大象驮着，大象站在海龟背上，海龟又站在眼镜蛇的身上（图2）。

古埃及人更相信神灵，认为大地是神吉伯的身体。他弯曲一只手臂并抬起膝盖，象征着地球上的山峦河流。天空是一个由大气之神浮托着的女神，太阳神每天乘船在天空中往来穿行（图3）。

这些传说都是先民对宇宙的直观感受和绮丽猜想，也记录着人类对宇宙和地球探索的过程。

发现地球

2600多年前，古希腊出了一位非常著名的数学家名叫毕达哥拉斯。他认为在所有的立体图形中，球形是最完美和谐的，所以他猜想我们生活的地球应该是球形的，但这在古人看来简直是天方夜谭。

直到古希腊伟大的思想家、科学家、哲学家亚里士多德的出现，证实了这一猜想。亚里士多德发现，大海里的帆船，归航时先出现船帆，后出现船身；出航时，船身先消失，船帆后消失。亚里士多德通过观察月食，发现月球上地球的影子是圆形的，第一次科学地论证了地球是个球体。

地球有多大？

从猜想地球是个球体到科学的证实经历了200多年，既然知道了地球是个球体，那么是否有人知道地球的大小呢？早在2000多年前，古希腊自然哲学家埃拉托色尼就已经粗算出地球的周长。

简要来说，埃拉托色尼的方法是：选择同一经线上的两个地点——赛伊尼（在今天的阿斯旺）和亚历山大港，在夏至日那天测量两地物体影子的长度（图4）。赛伊尼处于一个特殊的位置。当地有一口深井，夏至日那天太阳光可直射井底。今天我们知道，这是因为赛伊尼正好位于北回归线上，夏至日的太阳正好位于天顶，此时可以近似认为阳光的延长线穿过地心。

（图4 埃拉托色尼及其测量方法）

同时，他在亚历山大港选择了一座高大的方尖石塔作参照，测量了夏至日那天石塔影子的长度，从而计算出方尖石塔和太阳光线之间的角度为7°12′，即相当于圆周角360°的1/50。他假设地球上不同位置的阳光都是平行的，根据内错角相等的原理，赛伊尼到亚历山大港对应的地心角度也是7°12′，这一角度对应的弧长，即从赛伊尼到亚历山大港的距离，应该相当于地球周长的1/50。

埃拉托色尼随后查找测地资料，得知这两个城市的距离是5000希腊里。把这个距离乘以50，可知地球的周长为25万希腊里。1希腊里等于157.5米，算得地球周长约为39000千米。今天我们测出的地球周长大约是40076千米，证明他得出了比较准确的结果，这是非常了不起的成就，注定永载史册。

向西出发去东方

哥伦布一生从事航海活动，先后移居葡萄牙和西班牙。他相信大地球形说，认为从欧洲西航可达东方的印度和中国。他在西班牙国王的支持下，先后4次出海远航，开辟了横渡大西洋到美洲的航路，首次登上美洲大陆。他发现和利用了大西洋“低纬度吹东风，较高纬度吹西风”这一风向变化规律，证明了大地球形说的正确性，促进了旧大陆与新大陆的联系。

麦哲伦出生于航海大国葡萄牙。原本是贵族后裔的他因为家族没落，不得不在王室做一名仆人，1517年，屡次遭拒的麦哲伦无奈来到了西班牙。在这里，他得到了国王查理一世的赏识。

1519年9月20日，麦哲伦率领一支5艘船组成的远征队从塞维利亚港出发了。归来时，麦哲伦船队的5艘远洋队只剩下“维多利亚”号远洋帆船。麦哲伦船队以巨大的代价获得环球航行成功，证明了地球是圆球形的，结束了几千年来关于大地形状的猜想。