历史上最早提出日心说的人是阿利斯塔克(Aristarchus公元前315~公元前230年),萨摩斯人(爱琴海萨摩斯岛)。他在流传下来的《太阳和月球的大小与距离》(On the Sizes and Distances of the Sun and Moon)一书中,非常巧妙地把一些几何学原理运用到天文观测上来。他首先考月半圆时可以看到的现象,根据测得角度87度(后来希帕克用同样的方法精确测量为89.57度)算出地球到太阳距离是到月亮距离的19倍,然后考虑日食和月食时的情况,最后得出结论——太阳直径与地球直径之比约为7:1。这个数字当然太小,但是,他的研究原则是不错的,而且他能认识到太阳比地球大,这本身已经是一个惊人的成就了。他很可能因此逻辑地推论大的东西不能绕小的东西转动,从而提出了古代的日心说:恒星和太阳静止不动,地球和行星在以太阳为中心的不同圆轨道上绕太阳转动,地球还每天绕轴自转一周。
但是有两个关键问题日心说无法解决,第一条,如果地球公转运动,应该看到恒星的相对位置发生变化,但是当时的天文观测精度还不能发现这个变化。后来到十九世纪才由贝塞尔办到。第二条,认为如果地球自传,则垂直上抛物体的落地点应该偏西,而事实上并不是如此。这也要等到十七世纪伽利略阐明惯性原理之后才被驳倒。由于这两大铁证,所以看起来地球静止不动是必须的。
埃拉托色尼(Eratosthenes,公元前275~前193)《地球大小的修正》一书中精确计算了地球周长。他选择同一子午线上的两地西恩纳(Syene,今天的阿斯旺)和亚历山大里亚,在夏至日那天进行太阳位置观察的比较。在西恩纳附近,尼罗河的一个河心岛洲上,有一口深井,夏至日那天太阳光可直射井底。这一现象闻名已久,吸引着许多旅行家前来观赏奇景。它表明太阳在夏至日正好位于天顶。与此同时,他在亚历山大里亚选择了一个很高的方尖塔作参照,并测量了夏至日那天塔的阴影长度,这样他就可以量出直立的方尖塔和太阳光射线之间的角度。得到了这一角度为7°12′,即相当于圆周角360°的1/50。由此表明,这一角度对应的弧长,即从西恩纳到亚历山大里亚的距离,应相当于地球周长的1/50。下一步埃拉托色尼借助于皇家测量员的测地资料,测量得到这两个城市的距离是5000希腊里。埃及的希腊里约为157.5米,可换算为现代的公制,地球圆周长约为39375公里,经埃拉托色尼修订后为39360公里,与地球实际周长引人注目地相近。


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