到公元前3世纪,受过教育的希腊人已公认地球是个球体,却没人说得清它有多大——最直接的办法,绕地球一圈或把整片地表走遍,远超那个时代的技术和组织能力。埃拉托色尼主管亚历山大图书馆,手里有旅行者的见闻和地理记录,却没有哪件仪器能直接测这么一条巨大的弧线。

他手头恰好有一条有用的信息:每年夏至正午,塞耶那(今阿斯旺)的太阳据说能直照到一口深井的井底,也就是说那一刻太阳正好在头顶正上方。在他之前,没人想过把这条孤零零的旅人趣闻,配上同一时刻在别处做的另一次普通测量来用。

同年夏至正午,埃拉托色尼在亚历山大城用一根竖立的杆子(日晷杆)量出影子的偏角,大约偏离铅垂线7.2度——塞耶那的井已证明那里太阳的偏角是0度。由于亚历山大与塞耶那大致处同一条经线上,这7.2度的差距恰恰就是两城之间地球的弯曲度,正好是一整圈的五十分之一;把这个比例乘上两城间距——由专业步测员用脚步量出约5000斯塔迪亚——就得到了地球的整个周长。

同一经线、同一正午,两处本地影角之差——7.2度,即圆周的五十分之一,乘以步测距离,便得地球周长。

阳光在相隔不远的两点之间,到达地面的方向几乎相同,所以同一经线、同一时刻两点太阳偏角之差,只能来自其间地表的弯曲,别的变量一概不变。

在亚历山大用一根杆量出这个角、又知道塞耶那是0度,就把一个天文尺度、行星尺度的问题,化成了简单的本地几何:这个角给出两城在一整圈里占的比例,再乘上步测的两城间距,整圈周长就出来了。

任何用一根杆、一口井、一段走出来的路就能做的两次测量,替下了一场古人永远没有能力完成的测量。

当一个数字看起来没法直接量——市场规模、竞争对手的真实成本、无人监测的流程的实际产出——就去找两次廉价、间接的读数,它们之间的差异只来自你真正想要的那个量,就像一城的影子角度与另一城毫无影子,差异只来自它们之间地球的弧度。

埃拉托色尼算出的约250000斯塔迪亚,按古代斯塔德长度的不同取法换算,约在39000到46000公里之间,而地球赤道周长的真实值是40075公里——用一根杆、一口井、一段用脚量出的距离,就得到了一个只差几个百分点的结果。 这个方法今天仍是大地测量学的奠基演示之一,课堂上还在当作亲手做的影子实验来复现;它一直是教科书里的标准例子,说明如何用两次廉价、纯属本地、又同时发生的观测,推出一条表面上看根本量不出来的全球性数值。

从这里,追溯依据

参考来源

  1. Eratosthenes en.wikipedia.org
  2. How Eratosthenes Measured The Earth's Circumference With A Stick In 240 BCE iflscience.com
  3. Eratosthenes Measures Earth's Circumference ebsco.com