“在哥倫布時代 ， 人們認為地球是平的 ， 大西洋里有吞噬船只的巨大怪物 ， 以及地球邊緣有令人恐懼瀑布 ， 脆弱的船會在那里墜入無盡的深淵 。 但哥倫布確信地球是圓的 ， 他決定帶著水手一起航行 ， 與那些愚蠢的信念作斗爭 。 ”——-1919年美國作家艾瑪·米勒·博勒紐斯
哥倫布的故事家喻戶曉 ， 也是我們兒時成長過程中最美的神話 ， 他是航海時代的英雄 ， 年輕時候的偶像就是有名的馬可·波羅 ， 因此他立志要成為航海家 ， 哥倫布也是當時那個時代唯一一個相信地圓說的人 ， 它看過偶像的《馬可·波羅游記》所以十分向往遍地是黃金的中國 。 他堅信只要一直向西航行就一定能到達中國和印度 ， 不過他至死都沒能來到中國 ， 卻在半路登上了美洲大陸 。
現在讓我們想象一下1492年的水手們有多么的勇敢 ， 所有人都說地球是平的 ， 你們可能會掉入無盡的深淵 ， 但他們依然冒死前往世界的邊緣 ， 將生死置之度外 。 那么這里有個問題：歷史上都說哥倫布和后來的麥哲倫都堅信地球是圓的 ， 他們有沒有依據呢？是誰第一個用嚴謹的理論證明了地球是圓的？今天就聊下這個問題 。
我們能否通過月球上的陰影來判斷地球的形狀
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有個有趣的事實是 ， 在古代文獻中全人類一致認為地球的形狀是平的 ， 我國也有天圓地方一說 ， 其實地方真的還沒有地圓更科學 。 為什么呢？這是古人對地球最直觀的判斷 ， 其實也不是古人不夠智慧 ， 如果放在現代 ， 我們只知道天空中兩個最重要的天體太陽和月球 ， 也會得出同樣的結論 。
如果我們在新月后一兩天的日落時分出門 ， 我們將會看到這樣的景象 。
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月亮呈現出細長的月牙狀 ， 我們可以看出明亮的發光部分似乎與一個球體陰影重合 ， 我們也可以清楚的看到未發光的部分呈現出圓盤狀 。
在接下來的幾天里 ， 我們繼續在日落之后出去看月亮 。 事實上 ， 如果我們每天晚上在相同的時間看天上的月亮 ， 就會注意到兩件事,再日復一日地發生著變化 。
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從左往右看哈
【歷史上誰先發現地球是圓的 地球是圓的是誰提出來的】每天晚上月亮只會移動大約12度也就是一個手掌的寬度 ， 并且在逐漸遠離日落的位置 ， 月亮也從一開始的小月牙慢慢變大!假如今天晚出去看到的是半月 ， 那么往后的每天晚上我們會看到越來越完整的月亮 ， 直到滿月 。 作為優秀的天文學家 ， 我們可能會得出這樣的結論:月球在繞地球運行 ， 其明顯的相位變化是由太陽照射到球形月球不同部分的光線引起的 。
事實上 ， 這就是古代和現代關于月相成因的觀點 。 那么我們能不能判斷出地形的形狀呢？
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一年中在滿月期間會發生大約兩次特殊的天文想象 ， 那就是月食！當出現滿月時 ， 如果月球、地球和太陽恰好在一條直線上 ， 那么地球的影子就會投在月球的表面上！
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如果我們觀察月球表面的陰影 ， 就可以清楚地看到地球的陰影邊緣是彎曲的 ， 形狀像一個圓盤 。 如果我們把地球在月球上的陰影拼接在一起 ， 我們甚至可以拼湊出地球陰影在月球表面的相對大小 。
但很遺憾 ， 這并不能告訴我們地球是扁平的圓盤還是球形；它只能告訴我們地球的影子確實是圓的 。 原則上 ， 從月球上的陰影看 ， 地球可以是平的 ， 也可以是圓的 。 看下圖
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所以哥倫布當時堅信地球是圓的 ， 或者是幾年后的是麥哲倫第一次完成了人類的環球航行 ， 并首次證明了地球的形狀 。 只能說這是藝高人膽大的冒險行為 ， 畢竟航海家都有冒險精神！麥哲倫曾經說過：
“教會說地球是平的 ， 但我知道它是圓的 ， 因為我在月亮上看到過地球的影子 ， 我對影子比對教會更有信心 。 ”
所以他們只是盲目的堅信 ， 并且付出了冒險行動證明了地球的形狀 。 相反人類是在2000多年前的古代!只用了太陽就證明了地球的形狀 。 他們是怎么做到的？
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從左往右
在北半球 ， 沿著太陽白天的軌跡 ， 我們會發現太陽在天空的東部升起 ， 在南部上升到頂點 ， 然后在西部下降和落下 。 一年中的每一天都是這樣 ， 日復一日 。
但是太陽并不是每天都走同一條軌跡;在夏季 ， 太陽在中午會到達天空中最高的位置 ， 白天的光照時間更長 。 而在冬季 ， 太陽會到達一個相對較低的位置 ， 白天光照時間短 。 為了生動地說明這一點 ， 看上圖的延時拍攝的照片 ， 這是冬至期間 ， 太陽在天空中的路徑 。
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如果繪制出太陽一年中每天在天空中走過的的路徑 ， 我們會發現在冬至(通常是12月21日)太陽的軌跡線最低 ， 白天日照時間很短 ， 不經意間又要關燈睡覺了 。 在夏至(通常是6月21日)太陽軌跡線最高 ， 基本就在頭頂 ， 真的是太陽當空照 ， 花兒多我笑 ， 白天日照時間最長 。
如果用一臺照相機拍攝一年中太陽穿過天空的路徑 ， 我們會看到一系列漂亮的弧線 ， 其中最高、最長的弧線是在夏至時形成的 ， 最低、最短的弧線是在冬至時形成的 。 下圖：
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在古代 ， 來自埃及、希臘和整個地中海最偉大的學者和科學家都在亞歷山大圖書館工作 。 其中一位科學家是古希臘天文學家 ， 他就是埃拉托色尼 。
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在亞歷山大港生活期間 ， 在夏至的時候埃拉托色尼收到了來自埃及南部城市西恩納的信件 。 信件上提到：
有些物體在中午沒有影子
換句話說 ， 如果太陽在各個方向上沒有偏差一度 ， 直射頭頂 。 如果一個完全垂直的物體 ， 它絕對不會產生陰影 。
埃拉托色尼清楚他生活的亞歷山大港物體影子的情況并非如此 。 在亞歷山大夏至的正午時分 ， 太陽比一年中任何時候都更接近正上方 ， 但垂直物體仍然會投下陰影 。
埃拉托色尼就做了一個實驗 。 在夏至的中午影子最短的時候 ， 他測量了一根垂直木棍投下的影子的長度 ， 算出太陽與亞歷山大港垂直地面方向上的角度 。
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他得到的答案是1 / 50 ， 即7.2度 。 那么在西恩納一根一模一樣 ， 垂直與地面的棍子與太陽光的角度為什么是0呢!這是什么原因?
也許是天才的靈感迸發 ， 埃拉托色尼意識到太陽的光線是平行的 ， 那么地球就是彎曲的 ， 否則所有地方太陽光應該與物體的夾角是一樣的 。
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如果埃拉托色尼能算出亞歷山大到西恩納的距離 ， 并且他還知道這兩個城市的角差 ， 就可以算出地球的周長!但是當時想測量兩地的距離并非易事 。 要是埃拉托色尼當時有一群助理的話 ， 他就可以派他們去出差了 ， 慢慢的測量距離了!（哈哈）
但是 ， 由于當時的條件限制他只能依賴于當時官方的測地資料 。 那么當時官方對距離“精確”的測量標準是什么?
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騎駱駝測量 ， 駱駝走完一段距離所需的時間 ， 然后根據駱駝的速度 ， 就可以大致知道兩地的距離 。 其結果是西恩納和亞歷山大之間的距離是5000斯塔迪亞 。 斯塔迪亞是一種長度單位 ， 問題是 ， 一斯塔迪亞有多長?答案取決于居住在埃及的希臘人埃拉托色尼 ， 使用的是希臘斯塔迪亞還是埃及斯塔迪亞 ， 目前歷史學家們仍在爭論這個問題 。
不過希臘斯塔迪亞的使用更為普遍 ， 按現代標準是185米 。 使用這個值的話 ， 可以得到地球周長為46,620千米 ， 這個數字只比實際值大了16% 。
然而 ， 一個埃及斯塔迪亞是157.5米 ， 如果當時埃拉托色尼依照這個距離的話 ， 我們得到的值為39375公里 ， 與現代值40041公里相比 ， 相差不到2% !
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不管實際值是多少 ， 埃拉托色尼是世界上第一位地理學家 ， 他發現了地球是圓的 ， 并且第一次準確地計算出了地球的大小!還發明了我們今天仍然使用的經緯度概念 ， 并建立了第一個基于球形地球的模型和地圖 。
但是在隨后的幾千年里 ， 這些東西并沒有流傳下來 ， 今天我們任何人都可以在相同經度的兩個位置上做同樣的實驗 ， 同時測量影子的長度 ， 也可以算出地球的周長!
但是直到1946年我們人類才獲得了第一張關于地球曲率的攝影證據 。
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再回到哥倫布 ， 他當時雖然堅信地球是圓的 ， 但是他對地球的大小做出了一個錯誤的估計 ， 他曾說服其他人相信他可以直接從歐洲航行到印度和中國 ， 當時所有認為他是騙子 ， 不過最后還是說服了西班牙王后 ， 并得到了國王的支持 ， 哥倫布帶著國王給印度和中國皇帝的國書就出發了 ， 所幸中途有個美洲大陸 ， 不然哥倫布真的要被餓死在半路 。 哥倫布直到死的時候都認為自己已經到過印度了 ， 其實他踏上的是美洲大陸 ， 中間還差十萬八千里呢！
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