影子测地球半径
和不同纬度的人同一天量影子,还原 2200 年前的方法。
| 需要 | 一根直杆(晾衣杆、扫把柄)、卷尺、水平地面、一个住在不同纬度的朋友或网友 |
| 时间 | 约 2 天(主要是约人) |
| 花费 | ¥0 |
| 难度 | ★★☆ |
| 验收 | 算出地球半径在 5000–8000 km 之间 |
为什么值得做
公元前 240 年,埃拉托色尼只用了一根杆子和两个城市的距离,就算出了地球的周长。他的方法今天完全可以用:同一天正午,不同纬度的地方,杆影长度不一样。
这也是这个清单里少数必须两个人才能做的实验。一个人测不出来——这正是它有意思的地方。
怎么做
- 找一个纬度和你差 ≥5°(约 550 km)的人。越大越好,但要在同一天。
- 约好同一天,各自在当地正午(太阳最高的那一刻,不是 12:00)量:
- 杆高
h - 影子长度
L
- 杆高
- 各自算太阳天顶角
θ = arctan(L/h)。 - 两人相减得
Δθ(换成弧度)。 - 查两地之间的大圆距离
s(地图工具都能算,注意取南北方向为主的距离)。 - 算
R = s / Δθ。
算一下
埃拉托色尼的经典数据:亚历山大港正午杆影角 7.2°,赛伊尼(今阿斯旺)正午没有影子(θ=0),两地距离约 800 km。
Δθ = 7.2° = 0.1257 rad
R = 800 / 0.1257 ≈ 6366 km
真实值 6371 km。他差不到 1%。
坑
- "正午"是当地太阳最高点,不是钟表 12 点。用"最短影子"来判断更靠谱:提前半小时开始,每 2 分钟量一次,找最小值。
- 杆子必须垂直、地面必须水平。用水平仪或倒水看。
- 纬度差太小(<3°),误差会放大到无法用。
- 距离要用大圆距离;如果两地主要是东西向,这个方法不成立。
- 大气折射会让太阳看起来偏高一点,产生约 0.5° 的系统误差——业余条件下接受它。
想再往前一步
- 三个人、三个纬度做一次,看结果一致性。
- 换成测地球自转:同一天同一经度、不同纬度,看正午时刻差。
- 用同一根杆子记录一个月的正午影长,画出"8 字形"(日行迹)——那就是地球轨道的形状证据。
安全
无。别直视太阳,别用望远镜看太阳。
做完把结果贴到 RESULTS.md。