怎樣測量地球的半徑

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高中數(shù)學 來源: 高中學習網(wǎng)


我們知道,地球的形狀近似一個球形,那么怎樣測出它的半徑呢?據(jù)說公元前三世紀時希臘天文學家厄拉多塞內(nèi)斯(Eratosthenes,公元前276―194)首次測出了地球的半徑。

他發(fā)現(xiàn)夏至這一天,當太陽直射到賽伊城(今埃及阿斯旺城)的水井S時,在亞歷山大城的一點A的天頂與太陽的夾角為7.2°(天頂就是鉛垂線向上無限延長與天空“天球”相交的一點)。他認為這兩地在同一條子午線上,從而這兩地間的弧所對的圓心角SOA就是7.2°(如圖1)。又知商隊旅行時測得A、S間的距離約為5000古希臘里,他按照弧長與圓心角的關系,算出了地球的半徑約為4000古希臘里。一般認為1古希臘里約為158.5米,那么他測得地球的半徑約為6340公里。

其原理為:

設圓周長為C,半徑為R,兩地間的的弧長為L,對應的圓心角為n°。

因為360°的圓心角所對的弧長就是圓周長C=2πR,所以1°的圓心角所對弧長是,即。于是半徑為的R的圓中,n°的圓心角所對的弧長L為:

。

當L=5000古希臘里,n=7.2時,

古希臘里)

化為公里數(shù)為:(公里)。

厄拉多塞內(nèi)斯這種測地球的方法常稱為弧度測量法。用這種方法測量時,只要測出兩地間的弧長和圓心角,就可求出地球的半徑了。

近代測量地球的半徑,還用弧度測量的方法,只是在求相距很遠的兩地間的距離時,采用了布設三角網(wǎng)的方法。比如求M、N兩地的距離時,可以像圖2那樣布設三角點,用經(jīng)緯儀測量出△AMB,△ABC,△BCD,△CDE,△EDN的各個內(nèi)角的度數(shù),再量出M點附近的那條基線MA的長,最后即可算出MN的長度了。

通過這些三角形,怎樣算出MN的長度呢?這里要用到三角形的一個很重要的定理――正弦定理。

即:在一個三角形中,各邊和它所對角的正弦的比相等。就是說,在△ABC中,有。

在圖2中,由于各三角形的內(nèi)角已測出,AM的長也量出,由正弦定理即可分別算出:

 

∴MN=MB+BD+DN。

如果M、N兩地在同一條子午線上,用天文方法測出各地的緯度后,即可算出子午線1°的長度。法國的皮卡爾(Pi-card.J.1620―1682)于1669―1671年率領他的測量隊首次測出了巴黎和亞眠之間的子午線的長,求得子午線1°的長約為111.28公里,這樣他推算出地球的半徑約為6376公里。

(公里)。

另外,布設三角網(wǎng)有多種方法,要根據(jù)實際情況,布設的網(wǎng)點越少越好。

隨著科學的發(fā)展,人們對地球的認識也越來越深入,并發(fā)現(xiàn)地球不完全是球形的,而是一個橢球體(如圖3)?茖W家家們還找到了求得地球的長半徑a和短半徑b的方法,由于比較復雜,我們這里就不介紹了,有興趣的同學可閱讀有關書籍。


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