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倒霉又勇敢的科学家，科学家们测量地球的几个小故事倒霉又勇敢的科学家，科学家们测量地球的几个小故事
五道口的颜学姐
发布时间：12 1522:09教育达人，优质原创作者2019诺奖颁奖典礼上个星期，12月10日，在瑞典举行了诺贝尔奖颁奖典礼，国王、科学家、绅士、美女、礼服、乐队、晚餐，一切都是那么的皇家范、典雅、富丽。
12月初，中科院高能所王贻芳获得了未来科学大奖的百万美元奖金，他宣布把这奖金捐献出去，成立超级对撞机建设基金。这又再次引发了公众对超级对撞机建与不建的口水。不建的最大障碍是经费，需要200亿美元。
看上去好像科学的周边已经是：鲜花、名流、金钱。其实科学可不是这些，在很长时间里，那是一种自我虐待、苦行僧般的、甚至要丢掉生命的一种活动。
我们今天先来聊聊有关地球周长测量的故事。
地球是圆的
人确实是一种了不起的生物，自己身高不到2米，不能离开地球表面半米，但天天思考着那些宏大的问题。从有人类文字记载的历史开始，我估计没记载时就在考虑了，地球是平的还是圆的？地球有多大？地球下面有没有东西撑着？月球和太阳离地球多远？有多大？
这些问题中，地球是圆的，最好得出结论。从毕达哥拉斯到柏拉图，最后到亚里士多德，亚历山多德让地球是圆的，成为大家的共识。他提炼了几个理由。
一个是有对照物，太阳和月球都是圆的，地球是圆的可能性很大。
月食原理第二个是根据实际经验来的。古时候对天象都是非常重视，在观察月食的时候，发现月食缺的部分都是圆弧形状。月食的原理是太阳光照到月球上的光被地球挡住了，所以月食黑的部分就是地球的影子，那么地球就应该是圆的。
还有，我们极目远眺海的时候，如果天边驶来一艘船，船一定是先出现桅杆，再出现船身；如果船离开视线，肯定是相反，先消失船身，再消失桅杆。
不过，地球是圆的，也只是猜测。有不能解释的地方，如果是圆的，海水怎么会在地球表面，不会流走呢？要知道，在生活中，我们可没办法用球来盛水。现在我们知道了，是因为万有引力，把水吸引在地球的表面。那时候的人们就会想，地球也许就是个上半部圆，下半部是平的一个东西。
后来到了16世纪，人们对于这个问题按捺不住，想要自己走上一遍看看。眼见为实，不是更好吗？于是，麦哲伦在1519年开始环球航行，花了2年多的时间，人类第一次真实地感受到了地球是圆的。用眼睛真正看到地球是圆的，是在人造卫星上天之后。
麦哲伦麦哲伦出发时，带了5艘船的舰队，等回到了西班牙，则只剩下一艘船、18个人。麦哲伦本人也在途中跟菲律宾土著人的斗争中死掉。冒险确实不容易，不过他们并不是单纯的科考队，他们是一路抢劫、一路殖民，借着这些人，西班牙成为了当时的世界霸主。这个先按下不表。
麦哲伦环球之旅地球周长的测量
平地球理论好了，地球是圆的，已经得到公认了。其实，现在世界上还有一拨人，认为世界是平的，不过不是主流，我们就不管了。那么第二个问题就出来了，地球的周长有多长？
伟大的古希腊学者们，在讨论地球是否圆的时候，就开始计算地球的周长了。这真是了不起的思维，那时普通人一生都走不了上千公里，但他们有雄心计算地球究竟有多大。
最早计算地球周长的人叫埃拉托色尼（公元前公元前275一前193），古希腊的天文学家、数学家和地理学学家。他是地理学之父，发明了地理这个词。
埃拉托色尼博学多才，就被当时的古埃及皇帝邀请，去当皇家老师，还当了亚历山大博物馆的馆长。
埃拉托色尼测量原理他测量地球用的是非常简单的一个方法。他发现离亚历山大城一个约800公里远的塞恩城里，有一座井，夏至那天，太阳能一直照射到深井里。这是一个很有名的景观，很多人去参观。埃拉托色尼作为科学家，想到的则是，阳光能直射入深井，表示光线跟那点垂直；在亚历山大城，方尖塔是有一小段影子的，说明光线跟方尖塔有一个夹角。如果认为地球是圆的，从地心引两条线到亚历山大城和塞恩城，这个夹角就等于光线跟方尖塔的夹角。知道了两个城市的距离，就能算出周长来。
埃拉托色尼算出地球的周长是4万公里，跟现代结果非常接近。是一个很了不起的结果。其实当时的测量没这么精确，但错误遇上错误，互相抵消，结果就正确了。
地球是个扁球体
注意，我刚才一直是在说是圆的，没有说是球体。地球是个三维物体，二维是圆的物体，在三维上有多种多样的形状，最简单的是球体。在毕达哥拉斯时代，大家认为它是球体。
牛顿不过也有人有不同看法，哥伦布就认为地球是个梨形。最重量级的则是牛顿、惠更斯的意见。
牛顿最伟大的著作：《自然哲学的数学原理》。这本书取名叫数学原理，就是牛顿用了自己创造的微积分来描述了物体的运动、物体间的相互作用力。据说，牛顿有意把它写得晦涩难懂，这样那些不懂数学的人就不会去纠缠他了。
对于那时的人，确实晦涩难懂，现在微积分也是大学才开始学，好多人还挂科。要知道，这可是17世纪的东西了。
虽然牛顿想让大部分人看不懂，但这本书异乎寻常地热销，牛顿也成为当时的科学家网红，第一个因为科学而成为爵士的人。
原因是这本书太伟大了，宇宙间大大小小的物体、不同类型的运动都可以很清晰地得到解释。有人这么称赞牛顿：
世界处于黑夜中,
上帝说让牛顿去吧,
于是一切处于光明中。
大家兴致勃勃地用牛顿的原理来解释各种现象，像潮汐啦，苹果不飞天上而是掉地上啦，等等。
有一个问题，大家发现不对了。就是说地球不是完美的球体了。因为根据牛顿运动定律，非常简单，地球在自转，会产生离心力，那么不动的两极就相对赤道要扁平，赤道要鼓起，是一个扁球体。
当时的测绘已经跟2000年前埃拉托色尼时代不一样了，在17世纪的人看来，他们应该可以做得更多。从文艺复兴时代开始，欧洲就处在地理大发现的狂热之中，他们热衷于探险没有去过的土地，也热衷于测量地球的各种数据。
从牛顿力学推出了地球是个扁球体，很容易推理出，在地球上，不同地面的曲率半径不一样。尤其在赤道和两极附近，差别很大。
在牛顿学说被大家越来越认可的时候，法国的天文台长乔瓦尼·卡西尼和雅克·卡西尼父子宣称，牛顿错了。地球鼓起的地方是在两极，不是在赤道。
卡西尼父子都是法国科学界的著名人物，牛顿更是神一般的科学家。谁对谁错？于是法国科学院派出去了两支科考队，一支去南美洲测量，一支去北极测量。
法国南美洲科考队
安第斯山脉那时候的科学家跟冒险家一样，真的不畏艰难险阻。大家觉得去哪个地方会好测量一些？这两个地方都很不容易，不过麻烦的是南美洲。
美洲是哥伦布在15世纪发现的新大陆。美洲发现之后，就被西班牙和葡萄牙占领，建造殖民城市。当时欧洲主要势力就在南美洲。
法国科考队去的是安第斯山脉。他们挑选的理由是，需要靠近赤道的地方测量，还有他们认为山区的视野比较开阔。实际上，秘鲁的大山经常云雾缭绕，这个小组经常要等上好几个星期，才能等到一个小时的晴天来进行测量。
而且，他们选了个地球上几乎最难的地形之一。安第斯山脉是除亚洲山脉之外，世界其他地方最高的山脉，平均海拔是3660米，最高峰是南半球和西半球的最高峰。科学家们自己挑选了一个不可能完成的任务。
他们怎么测曲率呢？就是沿着一条直线，从现在厄瓜多尔的首都基多附近的雅罗基到厄瓜多尔的昆卡附近，测量1度经线的长度。经线就是连接南北极的线，这是人们绘制在地图上，用来标明位置用的。如果地球是扁球体，赤道附近的1度经线比较短。
亚马逊河这个测量首先在自然环境方面就特别恶劣，他们必须要翻过几座极高的山，科考人员，关键需要携带装备，而骡子都爬不上那些山。而且，在爬山之前，他们就必须要在热带丛林里跋涉，穿过几条湍急的河流。
大家注意，亚马逊河发源于安第斯山脉，亚马逊热带雨林是世界上最大的热带雨林，地形、气候非常复杂，里面的动植物也极为丰富，丰富的意思就是野兽、毒虫也不少。而且，这些地方也没有人去过，没有详细的地图，也没有当地人的帮助。科考队凭着对科学的热情，自己坚韧的意志往前推进。
其实，他们不仅没有当地人的帮助，而是遭到了当地人的追杀。
他们一开始，在基多的时候，惹恼了当地人，被拿着石头的人赶出了城。队里的医生被谋杀，有人生病死了，有人爬山掉下去死了，有人受不了旅途的折磨，精神错乱了。最可笑的是队里的第三号人物，是位非常博学的家伙，跟一位13岁的女孩私奔了。队伍变得越来越小。当地人也越来越不信任他们。真是难以理解，这些衣衫褴褛的人，竟然是半个地球外的人，他们来的目的不是侵略、殖民，而是来测量地球是不是球形的？
基多换我，我也不信。因为厄瓜多尔原来属于印加帝国。大家都知道印加帝国的灭亡。印加帝国是南美洲最大、最富庶的帝国，有600万人口，可是被区区168名西班牙人占领、殖民了。在整个南美洲，基本都是西班牙的天下，法国曾经想要殖民巴西，但没有干过西班牙和葡萄牙，退出了这块地方。所以，当地人对科考队有疑虑也非常正常。
不管如何，这个科考队，队里主要的人物是皮埃尔·布格和拉孔达明，他们俩人最后也闹翻了，互相不合作，花了9年半的时间，终于测出了结果，发现牛顿是对的。
在得出结果之前，去北极，瑞典斯堪的纳维亚半岛测量的科考队已经有结果了，在两极附近，1度经线确实要长。
皮埃尔·布格布格和拉孔达明花了将近10年的时间，只是验证了别人的结论，比较沮丧。不过，他们还是做了不少其他工作。布格还测量了当地的地球重力，确实要小于理论值，也是赤道鼓起来的结果。布格后来成为英国皇家学会的院士。拉孔达明则是第一个勘探亚马逊流域的欧洲人，他带回去了很多南美的植物。
米的来历
由于法国持续地在测量中的热情，法国科学家们觉得有必要要统一下长度单位。法国度量衡委员会规定：1米等于通过巴黎的子午线上从地球赤道到北极点的距离的千万分之一。定义好说，难点在测量。
法国科学家们再次上路，这是已经在法国大革命时期，科学家们测的是法国敦刻尔克到巴塞罗那这段子午线的长度。两位科学家也是历经千辛万苦，法国大革命、法国和西班牙在打战，他们要躲避各种追捕，经过7年，他们胜利完成任务。这时候，内战也结束了，大家热烈欢迎他们的成果。1米的长度就定了下来，就是米原器。
不过，后来发现测量中出现了一个失误，使1米比理论值少了0。02毫米。测量的一位物理学家发现了他的错误后，极为不安，精神都出了问题，他决定重测，在路上得疟疾去世了。
现在，已经不用这个定义了，因为不精确，地球不是个球体，换用更为精确的光走过的路程。
虽然定义换了，我们对地球的了解也更为精确，实验条件也更好了，但这些科学家的精神还是值得我们学习。
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