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问题 :张遂测子午线
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[会员 (365WT)]答案 时间 :2018-08-29
约公元前240年,古希腊科学家埃拉托斯特尼根据亚历山大港与syene(现在埃及的阿斯旺)之间不同的正午时分的太阳高线及三角学计算出地球的直径。当然,他的这种计算是基於太阳足够远而将其光线看成平行光的假设为根据的。他知道在夏至日正午时分从北回归线上看,太阳正好在天顶的位置;阿斯旺其实是在回归线稍北。他还测量出在他的家乡亚历山大港,这个时候太阳应该在天顶以南7°。这个角度是7/360 个整园。假设亚历山大港在阿斯旺的正北-实际上亚历山大港在阿斯旺偏西一个经度-他推断出亚历山大港到阿斯旺的距离一定是整个地球圆周的7/360 。对他用的是哪种量度制,专家们至今尚有争议。

从汉代以来,我国的天文学家就认为"南北地隔千里,影差长一寸"(日影一寸,地差千里),也即是说,在同一经线上的南北两个地方,在夏至这一天的中午,测得的日影长度相差一寸,两地就相距一千里远。经线是子午线。上述关于子午线长度的结论是正确的吗?南朝的天文学家何承天开始对此产生怀疑。到隋朝初年,天文学家刘焯向炀帝建议,国家组织包括水平测量和数学家在内的几方面的科学力量,协同进行一次大规模的大地天文测量。具体内容是在黄河南北的平原地区,于二至(夏至、冬至)、二分(春分、秋分)时,以准确的方位、时间和水平,同时在各个观测点测量日影长度,验证日影长度和地理纬度之间的定量关系。但是这一建议未能实现。 开元十二年(724年),从编制新历法的需要,在一行的倡议下,唐王朝开始进行空前规模的大地天文测量。在全国范围内设了13个测量点,使用的仪器、实施的方法、测量的内容,都在一行领导下统一进行审定。在各个测点,除了用传统的圭表测量两至、两分的正午日影长度,和各地的漏刻分差以外,还测量了各点的北天极(北极)的高度(当时的地理纬度)。测量北极高度使用的仪器,运用的原理、方法,均为一行首创。一行研制了"复矩",只要用直角尺的一边指向北极,另一条边与悬于直角顶点的铅锤悬线间形成的夹角角度,就是北极的地平高度。整个测量工作于第二年完成。

在这次测量中,以天文学家、太史监南宫说(音悦)率领的测量队最为重要。南宫说在黄河两岸的白马(今河南滑县)、浚仪(今河南开封市西北)、扶沟(今河南扶沟县)、上蔡(今河南上蔡县)设了四个观测点。一行从南宫说等人测量的大量数据中,通过计算,得出了结果:北极高度相差1度,南北距离就相差351里80步。这就是子午线1度的长度。唐开元时,5尺为1步,300步为1里,1尺为24.56厘米。351里80步折合今制为131.3公里;现代科技算出的子午线1度为111.2公里。二者相比,误差为20公里。但是这是世界上第一次测量子午线的记录,有极其宝贵的科学价值。因为测量子午线的长度,对测知地球大小有很大关系。经过此次测量,证明"日影一寸,地差千里"的说法是不正确的。

从这次测量中,一行还引出了一个光辉的科学思想:即在很小的、有限的空间探索出来的正确科学理论,如果不加分析地、任意向很大的、甚至无限的空间去推广,那就会导出荒谬的结论。

这次测量中,一行还算出南宫说的四个观测点黄道、赤道交角的平均值为23°40′23″(折现制),现代科技测出的为23°36′、19″.098,二者很接近。此外,还验证了冬至的日影差和夏至的日影差,本来就不相同;各地的昼夜长短,也不相同。
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