Впервые измерения размера Земли выполнил александрийский ученый Эратосфен еще в III веке до нашей эры, причем сумел получить удивительно точные результаты. Как это было сделано?

Эратосфену было известно, что в день летнего солнцестояния в городе Сиене Солнце в полдень находится точно в зените, освещая дно глубоких колодцев. Действительно, этот город расположен на линии северного тропика. В этот день Эратосфен измерил высоту Солнца в Александрии и нашел, что оно отстоит от зенита на 1/50 часть окружности. Расстояние между этими городами было известно и составляло 5000 стадиев. Следовательно, вся окружность земного шара имеет длину в 50 раз большую - 250000 стадиев или 39600 километров. Возможно, реальная точность измерений была несколько ниже и результат лишь случайно оказался настолько близок к реальности, но факт остается фактом - более точное значение смогли получить лишь в XVIII веке…

(Это значение - 40 000 км. И не стоит удивляться такой круглой цифре - дело в том, что именно по результатам этих измерений было принято определение километра, как 1/40000 части длины меридиана. Позже значение длины меридиана не раз уточнялось, но длину эталона метра уже не меняли, поэтому сейчас цифры не такие "красивые")

Мы можем повторить этот опыт великого ученого. В общем, нам не нужно, чтобы Солнце находилось в зените в одном из пунктов наблюдений, нам даже не нужно проводить измерения в один день - нам нужно только вычислить разность широт, определенных по высоте Солнца. Другой вопрос, что если мы будем определять склонение Солнца приближенно, как описано ранее, это внесет дополнительные погрешности. Поэтому, если из стремления к чистоте эксперимента не пользоваться современными астрономическими таблицами и вычислительной техникой, измерения действительно лучше производить вблизи дня солнцестояния - в это время склонение его очень мало изменяется в течение нескольких дней. Так что если мы путешествуем с 20 по 25 июня мы можем вполне обойтись сравнением высот Солнца.

Δφ/360 = L/2πR 0

R 0 = L*360/2πΔφ , где

R 0 - радиус Земли

Δφ=(z 1 -z 2) - разность географических широт пунктов наблюдения или разность высот Солнца

L - расстояние между пунктами наблюдений

(Кстати, все тот же Эратосфен определил и склонение Солнца в день солнцестояния как 11/166 окружности, или 23.855° - тоже весьма достойная точность!)

Второе условие получения более-менее точного результата - достаточно большое и точно известное расстояние между пунктами наблюдений, расположенными примерно на одной долготе. Конечно, бессмысленно измерять это расстояние по карте - при этом мы уже неявно используем ту величину, которую только собираемся определить, а вот измерения по одометру автомобиля будут вполне честным способом.

Я когда-то пытался проделать этот эксперимент, определяя высоты Cолнца в Минске и расположенном в 100 км южнее Слуцке, но такое расстояние между городами слишком мало для получения хоть сколько-нибудь приемлемого результата - ведь высоты Солнца отличались менее чем на 1 градус, что сравнимо с точностью измерений с помощью гномона. Намного лучше было бы использовать пары Киев-Одесса или даже Витебск-Одесса, Москва-Елец или Москва-Ростов-на-Дону.

Интересно, кто-то еще считает гномон несерьезным инструментом?

ЭРАТОСФЕН
Киренский
(ок.276-194 до н.э.)

древнегреческий ученый. Родился в Кирене (Северная Африка). Образование получил в Александрии и в Афинах. Служил воспитателем наследного принца при дворе Птолемея III Эвергета, около 225 г. до н. э. начал заведовать Александрийской библиотекой. Заложил основы математической географии, впервые измерил дугу меридиана. С большой точностью определил наклон эклиптики, составил каталог 675 неподвижных звезд. Заложил основы научной хронологии, предложил вводить лишний день в календарь каждые 4 года. Труды по математике (теория чисел), астрономии, филологии, философии, музыке. Сохранились лишь отрывки.

Жан Эффель, "Сотворение мира"
-И какая стройная! Если считать в миллионах сантиметров, ее талия - 40!

Теперь вы знаете, что в сказочной Вселенной наших далеких предков Земля даже не напоминала шар. Жители Древнего Вавилона представляли ее в виде острова в океане. Египтянам она виделась вытянутой с севера на юг долиной, в центре которой был Египет. А древние китайцы одно время изображали Землю в виде прямоугольника... Вы улыбаетесь, представляя себе такую Землю, но часто ли вы задумывались о том, как люди догадались, что Земля - не безграничная плоскость или диск, плавающий в океане? Когда я спрашивал об этом ребят, то одни говорили, что о шарообразности Земли люди узнали после первых кругосветных путешествий, а другие вспоминали, что при появлении из-за горизонта корабля мы сначала видим мачты, а потом палубу. Доказывают ли такие и некоторые подобные им примеры, что Земля - шар? Вряд ли. Ведь объехать можно и вокруг... чемодана, а верхние части корабля появлялись бы и в том случае, если бы Земля имела форму полушария или была похожа, скажем, на... бревно. Подумайте об этом и постарайтесь изобразить сказанное на своих рисунках. Тогда вы поймете: приведенные примеры свидетельствуют лишь о том, что Земля изолирована в пространстве и, возможно, шарообразна.

Как же узнали, что Земля - шар? Помогла, как я уже вам рассказал, Луна, а точнее - лунные затмения, во время которых на Луне всегда видна круглая тень Земли. Устройте небольшой "театр теней": освещайте в темной комнате предметы разной формы (треугольник, тарелку, картофелину, мяч и т. д.) и замечайте, какая тень от них получается на экране или просто на стене. Убедитесь, что только мячик всегда образует на экране тень в виде круга. Итак, Луна помогла людям узнать, что Земля - это шар. К такому выводу ученые в Древней Греции (например, великий Аристотель) пришли еще в IV веке до нашей эры. Но еще очень долго "здравый смысл" человека не мог смириться с тем, что люди обитают на шаре. Даже представить себе не могли, как можно жить на "другой стороне" шара, ведь находящимся там "антиподам" пришлось бы все время ходить вниз головой... Но где бы ни находился человек на земном шаре, всюду брошенный вверх камень будет под действием силы притяжения Земли падать вниз, то есть на земную поверхность, а если бы было возможно, то и к центру Земли. На самом деле, людям, конечно, нигде, кроме цирков и спортивных залов, не приходится ходить вверх ногами и вниз головой. Они в любом месте Земли ходят нормально: земная поверхность у них под ногами, а небо над головой.

Около 250 года до нашей эры греческий ученый Эратосфен впервые довольно точно измерил земной шар. Эратосфен жил в Египте в городе Александрия. Он догадался сравнить высоту Солнца (или его угловое расстояние от точки над головой, зенита, которое так и называется - зенитное расстояние ) в один и тот же момент времени в двух городах - Александрии (на севере Египта) и Сиене (ныне Асуан, на юге Египта). Эратосфену было известно, что в день летнего солнцестояния (22 июня) Солнце в полдень освещает дно глубоких колодцев. Следовательно, в это время Солнце находится в зените. Но в Александрии в этот момент Солнце не бывает в зените, а отстоит от него на 7,2°. Такой результат Эратосфен получил, изменяя зенитное расстояние Солнца с помощью своего несложного угломерного инструмента - скафиса. Это просто вертикальный шест - гномон, укрепленный на дне чаши (полусферы). Скафис устанавливают так, чтобы гномон принимал строго вертикальное положение (направлен в зенит) Освещенный солнцем шест отбрасывает тень на разделенную на градусы внутреннюю поверхность скафиса. Так вот в полдень 22 июня в Сиене гномон тень не отбрасывает (Солнце в зените, его зенитное расстояние равно 0°), а в Александрии тень от гномона, как видно по шкале скафиса, отмечала деление 7,2°. Во времена Эратосфена расстояние от Александрии до Сиена считали равным 5000 греческих стадий (примерно 800 км). Зная все это, Эратосфен сопоставил дугу в 7,2° со всей окружностью в 360° градусов, а расстояние 5000 стадий - со всей окружностью земного шара (обозначим ее буквой X) в километрах. Тогда из пропорции

получилось, что Х = 250 000 стадий, или примерно 40 000 км (представьте себе, это так и есть!).

Если вам известно, что длина окружности равна 2πR, где R - радиус окружности (а π ~ 3,14), зная длину окружности земного шара, легко найти его радиус (R):

Замечательно, что Эратосфену удалось очень точно измерить Землю (ведь и сегодня считают, что средний радиус Земли 6371 км! ).

Но почему здесь упомянут средний радиус Земли, разве у шара не все радиусы одинаковы? Дело в том, что фигура Земли отличается от шара. Об этом ученые стали догадываться еще в XVIII веке, но какова в действительности Земля - сжата она у полюсов или у экватора - выяснить было трудно. Чтобы разобраться в этом, Французской академии наук пришлось снарядить две экспедиции. В 1735 году одна из них отправилась проводить астрономические и геодезические работы в Перу и занималась этим в экваториальном районе Земли около 10 лет, а другая, лапландская, трудилась в 1736-1737 годах вблизи Северного полярного круга. В результате выяснилось, что длина дуги одного градуса меридиана неодинакова у полюсов Земли и у ее экватора. Градус меридиана оказался у экватора длиннее, чем в высоких широтах (111,9 км и 110,6 км). Так может быть лишь в том случае, если Земля сжата у полюсов и представляет собой не шар, а тело, близкое по форме к сфероиду. У сфероида полярный радиус меньше экваториального (у земного сфероида полярный радиус короче экваториального почти на 21 км ).

Полезно знать, что великий Исаак Ньютон (1643-1727) предвосхитил результаты экспедиций: он сделал правильный вывод о том, что Земля сжата, потому наша планета вращается вокруг оси. Вообще, чем быстрее вращается планета, тем больше должно быть ее сжатие. Поэтому, например, сжатие Юпитера больше, чем Земли (Юпитер успевает сделать оборот вокруг оси по отношению к звездам за 9 ч 50 мин, а Земля только за 23 ч 56 мин).

И еще. Истинная фигура Земли очень сложна и отличается не только от шара, но и от сфероида вращения. Правда, в данном случае речь идет о разнице не в километры, а...метры! Подобным тщательным уточнением фигуры Земли ученые занимаются по сей день, используя для этой цели специально проводимые наблюдения с искусственных спутников Земли. Так что вполне возможно, что в решении задачи, за которую давным-давно взялся Эратосфен, когда-нибудь и вам придется принять участие. Это очень нужное людям дело.

Какой же лучше всего запомнить вам фигуру нашей планеты? Думаю, что пока достаточно, если вы будете представлять Землю в виде шара с надетым на него "дополнительным поясом", своего рода "нашлепкой" на область экватора. Такое искажение фигуры Земли, превращающее ее из шара в сфероид, имеет немалые последствия. В частности, из-за притяжения Луной "дополнительного пояса" земная ось примерно за 26 000 лет описывает в пространстве конус. Это движение земной оси называется прецессионным. В результате роль Полярной звезды, которая сейчас принадлежит α Малой Медведицы, поочередно играют некоторые другие звезды (ею в будущем станет, например, α Лиры - Вега). Кроме того, из-за такого (прецессионного ) движения земной оси знаки Зодиака все больше и больше не совпадают с соответствующими созвездиями. Другими словами, через 2000 лет после эпохи Птолемея "знак Рака", например, уже не совпадает с "созвездием Рака" и т. д. Впрочем, современные астрологи стараются не обращать на это внимания...

Эратосфен вклад в развитие географии, великого греческого математика, астронома, географа и поэта изложен в этой статье.

Эратосфен вклад в географию. Что открыл Эратосфен?

Ученый являлся современником Аристарха Самосского и Архимеда, которые жили в III веке до н. э. Он был ученым-энциклопедистом, хранителем библиотеки в Александрии, философом, корреспондентом и другом Архимеда. Также прославился как геодезист и географ. Логично, что он должен подытожить свои знания в одном труде. И какую книгу написал Эратосфен? О ней бы не знали, если бы не «География» Страбона, который упомянул о ней и ее авторе, измерившем окружность шара Земли. И это книга «География» в 3 томах. В ней он изложил основы систематической географии. Кроме этого, его руке принадлежат следующие трактаты — «Хронография», «Платоник», «О средних величинах», «О древней комедии» в 12 книгах, «Месть, или Гесиод», «О возвышенности». К сожалению, они дошли к нас небольшими урывками.

Что открыл Эратосфен в географии?

Греческого ученого по праву считают отцом географии. Так что сделал Эратосфен, дабы заслужить этот почетный титул? В первую очередь, стоит отметить – именно он в научный оборот ввел термин «география» в современном ее понимании.

Ему принадлежит создание математической и физической географии. Ученый высказал следующее предположение: если от Гибралтара плыть на запад, то можно достичь Индии. Кроме того, он попробовал рассчитать размеры Солнца и Луны, исследовал затмения и показал, как от географической широты зависит длительность светового дня.

Как Эратосфен измерил радиус Земли?

Для того, чтобы измерить радиус, Эратосфен использовал исчисления, сделанные в двух точках – Александрии и Сиене. Он знал, что 22 июня в день летнего солнцестояния, небесное светило освещает дно колодцев ровно в полдень. Когда Солнце в Сиене находится в зените, в Александрии оно отстает на 7,2°. Для получения результата ему нужно было изменить зенитное расстояние Солнца. А какой инструмент использовал Эратосфен +для определения размера? Это был скафис — вертикальный шест, укрепленный на дне полусферы. Поставив его в вертикальное положение, ученый сумел измерить расстояние от Сиена до Александрии. Оно равно 800 км. Сопоставив разницу зенита между двумя городами с общепринятой окружностью в 360°, а зенитное расстояние с окружностью земли, Эрастосфен составил пропорцию и высчитал радиус — 39 690 км. Он ошибся всего на самую малость, современные ученые подсчитали, что она составляет 40 120 км.