Определение размера земли способ эратосфена

Определения размера Земли Эратосфеном

Стадией в Древней Греции называли расстояние (примерно 160м), которое проходит легко вооруженный греческий воин за время, в течение которого Солнце, коснувшись горизонта своим нижним краем, целиком скроется за горизонтом.
Расстояние между Сиеной (С) и Александрией (А) соответствовало длине дуги в 5000 стадий. Измерив угол 22 июня 240г между центром Солнца в Александрии и зенитом, получив 7º12′, а в Сиене (совр. Асуане) в это время Солнце находилось в зените (так как освещало дно самого глубокого колодца). Считая, что Солнце от Земли очень далеко, а потому приходящие на Землю лучи параллельны, вычислил длину окружности земного шара по формуле L/5000=360 o /7º12′ , получив 250000 саженей =40000км (более точно, получил 39690км).

ЭРАТОСФЕН (276-194, Кирены, Египет) произведя измерения 22 июня 240г до НЭ в Александрии угла между вертикалью и направлением на Солнце в полдень (считал, что раз Солнце очень далеко, то лучи параллельны) и используя записи наблюдений в тот же день падения лучей света в глубокий колодец в Сиене (Асуан) (в 5000 стадий = 1/50 доли земной окружности (около 800км) т. е. Солнце находилось в зените) получает разность углов в 7º12′ и определяет размер земного шара, получив длину окружности шара 39690 км (радиус=6311км.). Так была решена задача определения размера Земли, используя астрогеодезический способ. Результат не был произведён до 17 века, лишь астрономы Багдадской обсерватории в 827г немного поправили его ошибку. ПОДРОДНЕЕ об Эратосфене во второй главе истории астрономии или в Википедии.

Источник

Как греки Землю измеряли

Пост про расчеты расстояния до Солнца подтолкнул к другому тексту – о вычислении расстояния до Луны (поскольку эта цифра использовалась Аристархом в расчетах, возник вопрос, а откуда он ее взял). Но уже в комментариях ко второму тексту прозвучал следующий вопрос – «А теперь можно про радиус Земли подробнее?»

Спрашивали – отвечаем. Ну и чтобы «два раза не вставать», начну даже не с радиуса, а с того, как греки пришли к выводу, что Земля имеет форму шара, а не диска или сундука (как утверждал позже ученый византиец Козьма Индикоплов).

Этим вопросом озаботились именно греки, в более древних цивилизациях (Вавилон, Египет) небо изучали, и довольно тщательно, пытались предсказать движение небесных тел, а вот вопросом формы Земли не заморачивались.

Трудно сказать, кто из греков первым озвучил идею о том, что Земля – это шар, наиболее распространена версия, что Пифагор. Но самый старый письменный трактат с этим утверждением, дошедший до нас («О движущейся сфере»), принадлежит другому математику – Автолику из Питаны, родившемуся лет на двести позже Пифагора. Правда, это вообще, самый старый античный математический трактат, дошедший до нас. И уже в нем Землю называют сферой. Но там это было подано как некая данность, т.е. Автолик был не первым, кто озвучил эту идею.

А затем его современник, великий Аристотель в трактате «О небе» подробно обосновал это утверждение. В основном объяснения были философского характера (сферическая Земля – неуничтожимый центр космоса и т.п.). Но был и ряд вполне конкретных доказательств. Прежде всего – результаты наблюдений за лунными затмениями: у них всегда бывает дугообразная ограничивающая линия. «Раз Луна затмевается потому, что её заслоняет Земля, то причина такой формы – окружность Земли, и Земля шарообразна», — делает вывод Аристотель.

Еще более интересный вывод сделал он из наблюдений за звездами. Для начала философ отметил, что в Египте и в Македонии имеются заметные наблюдателю различия в расположении звезд. И вывел: «Из этого ясно не только то, что Земля круглой формы, но и то, что эта сфера невелика: иначе столь незначительные перемещения не вызывали бы столь быстрых изменений».

Ну а дальше, поскольку с формой Земли образованная часть греков определилась, равно как и с тем, что размеры ее не так уж велики, напрашивался следующий шаг – измерить Землю.
Перед тем как перейдем к процессу и его результатам, отмечу один нюанс. Мерили греки, как я уже говорил в стадиях, а нюанс в том, что это сейчас километр он и в Африке километр. А тогда системы СИ не было. Всякий стадий составляет 100 пар шагов или 600 ступней, но шаги и ступни в разных системах мер могли несколько различаться: было несколько вариантов стадиев, от 172 до 185 метров (а еще вавилонский вариант стадия, но он нам здесь не интересен). Часто приходится гадать, каким стадием пользовался тот или иной автор. Поэтому, когда мы переводим результаты в привычные километры, то, конечно, рискуем ошибаться. Но – в пределах 6-7%. Для астрономии немало, для истории вопроса – терпимо.

Теперь собственно о том, как греки Землю измеряли. Известны два исследования, проделанных с этой целью. Первое осуществил Эратосфен в III веке до нашей эры, второе – Посидоний сто с небольшим лет спустя. В обоих случаях греки применили схожий подход, разница была в деталях. Смысл его в следующем: и Солнце, и звезды доступны одновременному наблюдению в разных местах на Земле, но поскольку расстояние до них явно во много раз больше размеров самой Земли, все лучи света, приходящие от них к нам мы можем считать параллельными.

Эратосфен измерил высоту Солнца над горизонтом в полдень летнего солнцестояния в Александрии и в Сиене (Асуане). Почему там? А еще до него, древние египтяне заметили, что во время летнего солнцестояния Солнце освещает дно глубоких колодцев в Сиене (ныне Асуан), а в Александрии – нет. Будь Земля плоской, рассуждал Эратосфен, этого не могло бы быть (мы помним – лучи параллельны), но она круглая, т.е. искривлена. А Сиена и Александрия находятся на одном меридиане (считал он) на расстоянии 5000 стадиев друг от друга. Значит, стены в Александрии наклонены под некоторым углом по отношению к стенам в Сиене, поэтому в полдень солнцестояния они продолжают отбрасывать некоторую тень.

Эратосфен измерил тень от одного александрийского обелиска, зная также его высоту, он «построил треугольник из обелиска и его тени» и вычислил, что угол отклонения обелиска от солнечного луча составляет чуть больше 7 градусов. Это означало, что Александрия отстоит по земной окружности от Сиены на 7 градусов. Такой угол – 1/50 часть окружности и одновременно упомянутые 5000 стадиев. Значит общая длина окружности 250 000 стадиев, заключил Эратосфен. А рассчитывать радиус, зная длину окружности, греки умели.

Сегодня мы знаем, что расчеты Эратосфена имели ряд серьезных погрешностей: Александрия и Сиена расположены не на одном меридиане, поэтому разница между их параллелями меньше, само это расстояние тоже было измерено приблизительно, со слов караванщиков, да и углы этих городов по направлению к солнечным лучам он измерил с ошибкой. И все же, ему удалось получит результат очень близкий к современным данным (6 371 км). Правда, в зависимости от того, какими стадиями он считал, если греческими, то да, его ответ — 6 916 км, а если стадиями египетских фараонов (дело было в Египте и расстояние могло быть указано в них), то его ответ — 8 397 км — намного больше реального.

Впрочем, Посидоний напутал еще больше. Но он и считал не по тени от Солнца, а по расположению звезды Канопус на небе Александрии и греческого острова Родос, которые разделяли те же 5000 стадий. Но эти точки тоже лежали не на одном меридиане, плюс морские расстояния греки измеряли с гораздо меньшей точностью. В итоге, по его расчетам Земля получилась чуть ли не на треть меньше, чем у Эратосфена.

Да, греки ошибались в расчетах, но главное они сделали – придумали метод, как можно измерить размер Земли, не покидая ее поверхности. Дальше дело было за совершенствованием географических данных и измерительных приборов. Ну а греки не остановились и придумали как рассчитать расстояние до Луны и до Солнца.

Источник

Как впервые вычислили окружность Земли – описание, схема, видео

В наши дни окружность Земли можно измерить с помощью измерительной аппаратуры и спутников. Но можно и не изобретать никаких хитроумных инструментов, как это сделал Эратосфен более 2000 лет назад. Он вычислил размеры Земли, не покидая стен библиотеки, где работал.

Как Эратосфен измерил окружность Земли?

Эратосфен — греческий ученый, живший в египетском городе Александрии с 276 года по 196 год до нашей эры. Работал он в Александрийском мусейоне. Отчасти это был музей, отчасти научный центр того времени.

В музее был ботанический сад, виварий, астрономическая обсерватория и лаборатории. Одни ученые мужи вели научные диспуты в аудитории музея, другие трапезничали и беседовали в триклинии (то есть в столовой).

Эратосфен заведовал библиотекой мусейона, в которой хранилось около 100 тысяч книг, написанных на свитках папируса (разновидность бумаги, сделанной из волокон растения папируса). Эратосфен интересовался всем на свете. Он изучал философию, историю и естественные науки, был театральным критиком. Многие коллеги по мусейону считали его дилетантом, то есть человеком, который всем интересуется, но ничего не знает по истине глубоко.

Как Эратосфен измерил окружность Земли?

От проезжих путешественников Эратосфен услышал о необычном явлении, которое они наблюдали в Сиене, городе, расположенном далеко к югу от Александрии. Путешественники рассказали, что в полдень первого дня лета — в самый продолжительный день в году — в Сиене исчезали тени. Солнце в это время стояло прямо над головой, лучи его падали на землю отвесно вниз. Внимательно вглядываясь в воду водоема, можно было рассмотреть отражение Солнца на дне.

Эратосфен съездил в Сиену и убедился в этом сам. Вернувшись в Александрию, он обнаружил, что и в самый длительный день года в полдень стены мусейона продолжали отбрасывать тень на землю. Основываясь на этом простом наблюдении, он смог вычислить окружность Земли. Вот как он это сделал.

Вычисления окружности

Эратосфен знал, что из – за громадного расстояния от Земли до Солнца, лучи последнего достигают и Сиены и Александрии параллельными лучами. То есть лучи Солнца, падающие на землю в Александрии, параллельны лучам, падающим на землю в Сиене в то же время. Если бы Земля была плоской, то тени исчезали бы на ней повсеместно 21 июня. Но так как, рассуждал он, Земля искривлена, то в Александрии, удаленной от Сиены на 500 миль (1 миля равна 1,609 километра) к северу, местные стены и колонны наклонены по отношению к сиенским стенам и колон нам под некоторым углом.

Вычисления окружности

Итак, в полдень первого дня лета Эратосфен измерил тень, отбрасываемую обелиском, стоявшим неподалеку от мусейона. Зная высоту обелиска, он смог легко вычислить длину линии, соединяющей вершину обелиска и конец тени. Получился воображаемый треугольник. После того как треугольник был «очерчен», оставалось, используя известные к тому времени правила геометрии, вычислить его углы. И Эратосфен их вычислил. Он нашел, что угол отклонения обелиска от солнечного луча составляет чуть больше 7 градусов.

Так как в Сиене вертикальные предметы не отбрасывали тени, то угол между ними и солнечным лучом составлял ноль градусов. Короче, никакого угла не было. Это означало, что Александрия отстоит по земной окружности от Сиены на 7 градусов. Такой угол между городами — это 1 /50 часть окружности. Всякая окружность содержит 360 градусов, земная окружность в этом смысле не исключение. Эратосфен умножил расстояние между Сиеной и Александрией — 500 миль — на 50 и получил значение окружности Земли. Оно оказалось равным 25 тысячам миль. Современные ученые, измерившие с помощью высококлассной техники окружность Земли, нашли ее равной 24 894 тысяч миль. Все таки Эратосфен оказался первоклассным ученым, а не дилетантом.

Определение расстояний на земной поверхности

В настоящее время существует целая наука — геодезия, которая занимается определением расстояний на земной поверхности. Геодезисты используют специальные приборы для определения угловых расстояний. Они изучают колебания силы тяжести на нашей планете, чтобы выявить истинную форму Земли. Для вычисления углов используют спутники. Такой спутник перемещается в вершину воображаемого треугольника, два других его угла помещают в заданных точках на земной поверхности.

Как вычислили окружность Земли

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Эратосфен и окружность Земли

Эратосфен и окружность Земли
В наши дни окружность Земли можно измерить с помощью измерительной аппаратуры и спутников. Но можно и не изобретать никаких хитроумных инструментов, как это сделал Эратосфен 2200 лет назад.
Эратосфен — греческий ученый, живший в египетском городе Александрии с 276 года по 196 год до нашей эры. От проезжих путешественников Эратосфен услышал, что Сиене, отстоявшем от Александрии (по нашим единицам измерения) на 788 км точно на юг, в полдень первого дня лета исчезали тени. Эратосфен съездил в Сиену и убедился в этом сам. Он знал, что из-за громадного расстояния от Земли до Солнца, падающие на Землю солнечные лучи можно считать параллельными. Кроме того, греки, наблюдая лунные затмения, когда тень Земли наползает на Луну, знали, что Земля имеет круглую форму. Вернувшись в Александрию, в полдень первого дня лета Эратосфен измерил тень, отбрасываемую обелиском. Зная высоту обелиска, он смог легко вычислить длину линии, соединяющей вершину обелиска и конец тени. Получился воображаемый треугольник. После того, как треугольник был «очерчен», оставалось, используя известные к тому времени правила геометрии, вычислить его углы. И Эратосфен их вычислил.

Измерения показали, что угол составил 7.2 градуса (1/50 окружности). Раз расстояние между городами 788 км , значит, окружность Земли в 50 раз больше и равна 39400 км, а радиус составляет 6 287 км. На сегодняшний день известно, что радиус Земли равен 6 371 км. Погрешность – чуть больше 1%! Улучшить этот результат человечество смогло только через 2 тысячи лет, в середине XIX века.

Источник

Эратосфен и его географические открытия

«Если бы не громадные размеры океана, окружающего нашу ойкумену, можно было бы, плывя на запад, достичь Индии»
Эратосфен

Чтобы совершить гениальное открытие, вовсе необязательно иметь под рукой хитроумные приборы или сверхточные снимки из космоса. Это более 2000 лет назад доказал Эратосфен. Не покидая своей библиотеки, он осуществил по тем временам невозможное — с поразительной точностью рассчитал размеры Земли.

Удивительная история

Древнегреческий мыслитель изучал историю, философию, литературу и множество других дисциплин. Современники посмеивались над ним и считали дилетантом, поскольку, по их мнению, он интересовался всем, но толком не знал ничего. Однако ученого это не смущало. Эратосфен работал в египетской Александрии. Однажды, возвращаясь из своего музея, он повстречал путешественников, идущих из Сиены — города, расположенного южнее Александрии, на Северном тропике (современное название — Асуан). Те поделились с ученым любопытным наблюдением: когда они находились в Сиене (а это был самый длинный день в году), ни один предмет в городе не отбрасывал тень.

Эратосфен не мог оставить сказанное без внимания, поэтому спустя год посетил Сиену и убедился, что путники его не обманули. Он заглянул в глубочайший городской колодец и увидел: солнечные лучи достигают его дна, а также подметил, что светило в данный момент располагалось ровно над головой. В это же время в Александрии оно висело гораздо ниже и абсолютно все предметы, на которые падали лучи, отбрасывали небольшую тень. Такое простое наблюдение натолкнуло Эратосфена на мысль об определении размеров Земли.

Цифры, перевернувшие сознание

В Сиене предметы не отбрасывали тени, то есть угол между ними и солнечным лучом составлял 0°. В Александрии же обелиск рядом со зданием, где трудился Эратосфен, тень давал. Измерив высоту столба и длину тени, ученый по правилу треугольника рассчитал протяженность линии, которая соединяла вершину обелиска и конец тени.

Затем с помощью известных тогда правил геометрии он вычислил угол отклонения обелиска от солнечного луча — получилось 7,2°. Это означало, что Александрия отстоит от Сиены по земной окружности (равной 360°) на такое же количество градусов. Угол в 7,2° — приблизительно 1/50 часть окружности. Расстояние между Александрией и Сиеной Эратосфену было хорошо известно: его неоднократно преодолевали путники на верблюдах и знали, что оно составляет около 500 стадий (стадия соответствует примерно 160 м). Умножив 500 на 50, ученый определил длину окружности Земли — около 250 тыс. стадий.

Гораздо позже с помощью точных приборов было определено, что длина окружности Земли, или экватора, составляет 40 075 км. То есть Эратосфен оказался одаренным ученым, а не дилетантом. Не пользуясь ничем, кроме смекалки и логики, он невероятно точно вычислил размеры земного шара.

Суша размером с ладонь

Эратосфен первым высказал предположение, что если плыть от берегов Иберии (современной Испании) на запад, то можно достичь Индии.

Однако позже эта мысль показалась ученому безумной: он был убежден, что никто и никогда подобного не сделает, ибо «громадные размеры океана, окружающего нашу ойкумену, не позволят», — и ошибся. Его утверждение через множество столетий заставило задуматься Христофора Колумба, который бросил все и отправился на поиски Индии западным путем.

Рассуждения о том, что представляет собой Земля, населенная людьми, Эратосфен подкрепил географической картой. Мир у ученого получился крохотным. В нем не было привычных нам Америки и Австралии. Эратосфен даже не мог предположить, что эти земли откроют лишь спустя 1,5 тыс. лет! Зато он весьма точно изобразил берега Средиземного моря, Персию, Скифию, чего до него никто никогда не делал. Кроме того, Эратосфен расчертил карту чем-то похожим на параллели и меридианы, а также показал контуры материков, обозначил горные хребты, реки, города и другие объекты.

Источник