「大唐之理工天下」

一八四 观测的证据

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?“还记得我们在测量太阳高度的时候,各地建立了不同的天文台的事吗?我们本来认为,大地是平的。那么,当太阳落山时,各地的人们,就会同时陷入黑暗。你看看看桌面上太阳的影子,是不是这样?”

这个证明很简单,他们一下子就认可了。

“但是,无论我们怎么改进观测手段,我们总是发现,济南比西京的日出,要早差不多一个小时,日落,也同样的晚这么久。而且,虽然星星的距离比太阳的距离要远的多,以至于我们根本算不出来。但是,星星和太阳转动的速度,却也是差不多的。虽然西京到济南,这几千里,不是很大的数字,但我们想,是不是更东方的地方,太阳起落的时间,也会有这么大的区别呢?后来,一个舰队带上我们的时钟,去到扶桑国东几千里的海面进行观测,发现果然,在哪里,早上2,3点太阳就升起来,下午2,3点就落下去了。而这个时候,西京正是太阳高照。你们说,如果大地是平的,有怎么会发生这样的情况?”

孩子们从来没有听过这么清楚的解释。虽然他们懂得不多,但这么简单的对照,他们还是能理解的。

“所以,大地是平的这个假设,不符合我们的观测结果。如果大地是球形,那么这一切就说的通了。太阳围绕着地球转,你看……”崔英拿着浑天球,灯火照在球上,显露出很明显的阴影。

“只要地球在转,那么这里,我们的东方,是不是就先遇到太阳?西方就晚遇到太阳?”

这个例子就很有说服力了,就算是理解力比较差的小孩子也能立刻认同这个观点。

“那么,如果地球是圆的,这个圆,又有多大呢?”

“这个球啊,它的直径大概是2万唐里(半径6000公里),一圈就是六万唐里。这个是今年才更正过的数字,你们还没有学到呢。”

“那这个是怎么测出来的?”

“最近两个测绘小组完成了从西京到济南的大地测量工作,得出来地上的距离是1000唐里,这两地同时对天顶的昴星宿定位,发现它与地平线都角度相差0.1个弧度,也就是一个圆周的大概六十三分之一。用1000乘以六十三,就得到了地球都周长六万三千唐里,这正好是一个半径一万唐里的圆的周长。”

为什么不用太阳影子的长短计算呢,这是因为太阳离地球太近,因此不同地点的阳光并不平行,但是其他恒星离地球太远,可以近似于认为它们是平行投射到地面上。因此混天仪上,位置固定的只有其他恒星,太阳,月亮和其他行星都位置,都是随着时间地点的不同也有不同位置的。这也是成为了利用浑天仪和六分仪来确定地理位置的一个理论基础。

“阿姨你真厉害!”小女孩们眼里都冒出了爱慕的心形。

打发走了小女孩,崔英的心里,却继续着这样的思考。

她隐隐约约觉得,星星们其实都围绕着太阳在转,李治也肯定了她的猜测。要知道,她对李治可是完全的信任的。不过,她又缺乏一些确实的证据来证明这个猜测。这些新近观测的数据还很苍白,虽然是长达3年,超过800天的,对6个星体(太阳月亮火星金星木星土星)的四个天文台的数据,每个数据又由位置和速度组成,这么大的数据,她足足找了3个学数学的学生,花了一个月才把数据整理出来。

但这三年,木星的位置才走了它周期的四分之一,火星才刚刚走完一个公转周期(779Day)多一点,金星勉强就要走到4个多公转周期(224天),木星的周期则是12年,土星就更慢了,大约是三十年,要得出完整的观测数据,非要半辈子不可。

在这样一大组庞大的数据中,月球的数据是最好测量和计算的。实际上,在这之前,李淳风和袁天罡已经掌握了这天球上预测太阳和月亮的轨迹,当这两者重合时,就会发生日食。当太阳轨迹加12个时辰也是半天的轨迹和月球重合时,就会发生月食。

玛雅人也会这个技术,不过可能没那么精确。所以每当祭祀们认为日食即将发生时,就抓来一堆奴隶,如果真的发生了日蚀,就杀掉奴隶祈求上天“重现天日”。如果没发生…呵呵。那个祭司恐怕就要见佛祖去也。

测定了地球的半径之后,月球的距离就比较好测量了。事实上,月球的近地点只有36.3万公里,与远地点40万公里比起来,能有视觉上明显的差异。因此有嫦娥奔月的传说,而没有嫦娥奔日的传说,是因为种种迹象都能表明,月球离地球近的多。而月球的形状也更加能佐证地球也是圆形的设想。

不过,由于种种原因,只有望远镜和精确的测量仪器出现以后,人们才能通过天文测量来证实这些设想。在各种测量中,地球半径是最容易测量的。正如上文给出的数据,在600公里左右都距离上,观测的结果都会有0.1弧度的区别。这个角度是多大呢?一个圆周是2pi个弧度,祖冲之计算过圆周率精确到小数点后七位,其实用3.14来计算就很够了,那么0.1个弧度相当于圆周的大约63分之一,读者拿稍微大一点的圆形物体,在圆周上做60多个等分,还是比较容易的。所以古人用更粗糙的重差法,测量太阳影子的长度也可以估算出“天的高度”,其实这个区别与其说是太阳高度导致的,不如说是地球半径导致的。

事实也是这样,有了精确的测量仪器和对时装置,唐代的人很快就从天文观测结果中,证实了地球是圆的这个设想。这个光靠嘴说一说,其实就算是皇帝说的,也是没什么说服力—皇帝们还是“万岁”呢。大家都知道,这只是客套话罢了。

随着天文望远镜和更精确的标记法:比如利用游标卡尺的原理,对角度的测量现在已经实现到了0.0001个弧度(也就是0.0057角度),这个是定州所的光学仪器厂,把圆周均分为6280份(0.001弧度)的基础上,再用一个10格的游标差分尺实现的。值得一提的是,人类眼睛只能分辨一角分(0.0167度)的角度,因此,要利用到这个精确的测角仪,非得用上望远镜来放大不可。放大多少倍的望远镜,就可以把这个分辨率提高多少倍。

有了这个精度,理论上,利用地线600公里的长度,就可以实现600万公里测量。其实这个精度是很可怜地。在这个距离上,也只存在月球这一个天体(36.3万到40万公里)。第二近的天体,也不过是近地点的金星,大概没580天一次的下合(内合,太阳,金星,地球连成一条线)时,也有4100万公里的距离。

在这个距离上,金星12000公里的直径,在人眼中也不过刚好是0.0167角度,1’(角分)的视角,正好在人眼分辨的能力以下。所以,金星看上去还是个点状的星星,而不是和月亮一个样被称为球,要不然,太白金星就可以改名为太白金球了。

注:与之对应的,太阳的视角是32’左右的视角,所以太阳看上去还是个球,而不是星星。

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