? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 埃拉托色尼：世界上最偉大的實驗開創(chuàng)者
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2019-4-1 青野云麓
埃拉托色尼（Eratosthenes，公元前275一前193）生于希臘在非洲北部的殖民地昔勒尼（cyrene，在今利比亞）。他在昔勒尼和雅典接受了良好的教育，成為一位博學(xué)的哲學(xué)家、詩人、天文學(xué)家和地理學(xué)家。他的興趣是多方面的，不過他的成就則主要表現(xiàn)在地理學(xué)和天文學(xué)方面。
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埃拉托色尼曾應(yīng)埃及國王的聘請，任皇家教師，并被任命為亞歷山大里亞圖書館一級研究員。從公元前234年起接任圖書館館長。當時亞歷山大里亞圖書館是古代西方世界的最高科學(xué)和知識中心，那里收藏了古代各種科學(xué)和文學(xué)論著。館長之職在當時是希臘學(xué)術(shù)界最有權(quán)威的職位，通常授予德高望重、眾望所歸的學(xué)者。埃拉托色尼擔任館長直到他逝世為止，這也說明了他在古希臘學(xué)術(shù)界享有很高的聲譽。
埃拉托色尼充分地利用了他擔任亞歷山大里亞圖書館館長職位之便，十分出色地利用了館藏豐富的地理資料和地圖。他的天才使他能夠在占有文獻資料的基礎(chǔ)上，作出科學(xué)的創(chuàng)新。埃拉托色尼在地理學(xué)方面的杰出貢獻，集中地反映在他的兩部代表著作中，即《地球大小的修正》和《地理學(xué)概論》二書。前者論述了地球的形狀，并以地球圓周計算為著名。他創(chuàng)立了精確測算地球圓周的科學(xué)方法，其精確程度令人為之驚嘆；后者是有人居住世界部分的地圖及其描述。在該書中，他系統(tǒng)地提出了采用經(jīng)緯網(wǎng)格編繪世界地國的方法，全面地改繪了愛奧尼亞地圖。他以精確的測量為依據(jù)，將得到的所有天文學(xué)和測地學(xué)的成果盡量結(jié)合起來，因而他所編繪的世界地圖不僅在當時具有權(quán)威性，而且成為其后一切古代地圖的基礎(chǔ)。雖然埃拉托色尼的這兩部地理著作不幸都失傳了，但是通過保存下來的殘篇，特別是斯特拉波的引文，后世對它們的內(nèi)容，以及作者的精辟見解有一定的了解。
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描繪新的地球
《地理學(xué)概論》一書致力于研究有人居住的世界。全書分三卷，第一卷先是一段簡短的緒言，對地理學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展作了歷史的回顧，然后著重闡述地球的結(jié)構(gòu)和演變以及水的運動（潮汐、海峽中的海流等）；第二卷為數(shù)理地理學(xué)。主要探討天空、大地和海洋的形狀和結(jié)構(gòu)、地球的區(qū)域和地帶的劃分以及已知世界的范圍等問題；第三卷是論述世界地圖的改繪，包括一幅新編繪物世界地圖以及區(qū)域描述。埃拉托色尼的這本書總結(jié)了希臘地理學(xué)的成就，標志了這個時期地理學(xué)的最高水平，是古代地理學(xué)寶庫中的一個重要文獻。
埃拉托色尼繼承和發(fā)展了亞里士多德的居住適應(yīng)地帶學(xué)說，將世界分為歐洲、亞洲和利比亞（非洲）三大洲和一個熱帶、兩個溫帶、兩個寒帶等五個溫度帶。他改進了亞里士多德的分帶法，對五個地帶的南北界線，均給予緯度的嚴格劃分。埃拉托色尼的區(qū)域和地帶的劃分，與前輩學(xué)者相比，科學(xué)性和系統(tǒng)都要強得多。他的地球分帶已同現(xiàn)代地理學(xué)的“地帶”概念相當接近。他確定的回歸線位置，與其實際位置（23°30′）僅差半度，其精確性令人為之贊嘆。不過，埃拉托色尼關(guān)于世界陸地三大洲的劃分，與實際情況相差甚大，顯然這是受到當時認識論和科學(xué)水平的局限。
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埃拉托色尼認識到，古老的愛奧尼亞地圖必須全面地改繪。他的目標是運用幾何學(xué)的方法，依據(jù)精確的天文學(xué)和測地學(xué)新數(shù)據(jù)，來繪制更合理的世界圖象。他毫不含糊地屏棄了亞歷山大以前的資料，大量采用畢提亞斯遠航和亞歷山大遠征以及其他新近的地理考察的成果。在使用資料時，他并不是一味盲從，而十分注意分析判斷，力求去偽存真。例如，他在處理路線測量資料時，考慮了地勢起伏和道路彎曲等因素，對資料提供的里程數(shù)據(jù)，平均減去了1/15，來加以訂正，這樣就大大提高了地圖的精度和資料的準確性。
為了編繪新的世界地圖，埃拉托色尼首先估算了有人居住世界的寬度和長度。寬度數(shù)值是沿通過亞歷山大里亞城的子午線測算出來的，結(jié)果是38000希臘里；長度數(shù)值則是沿著從赫爾克列斯之位至恒河河口一線來估算的，結(jié)果是78 000希臘里。長度線與寬度線組成了地圖的基礎(chǔ)坐標，它們在羅得島相交，然后，他在這兩條基礎(chǔ)座標線上，各選了一系列地點，如經(jīng)線縱座標上的阿羅馬提斯（Aromates，今索馬里）、麥羅埃（Meroe）、西恩納、亞歷山大里亞、赫勒斯灣、波里斯丹尼河(Borysthene，今第聶伯河河口)和圖勒等七處；緯線橫座標上的印度河、“里海之門”、幼發(fā)拉底河上的塔普薩克（Thapsa-que）、羅馬和迦太基（Carthage）等處，分別劃出橫向的緯線和縱向的經(jīng)線，組成了地圖的經(jīng)緯網(wǎng)格。埃拉托色尼創(chuàng)立經(jīng)緯網(wǎng)系統(tǒng)，是地圖學(xué)發(fā)展中的一項重大的突破和飛躍，有著深遠的意義，它為投影地圖學(xué)的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，是投影地圖學(xué)取代經(jīng)驗地圖學(xué)的先驅(qū)。
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埃拉托色尼在他的基礎(chǔ)經(jīng)緯網(wǎng)之上，還疊加了一套被稱為“普林特”框格（Plinthes）和“斯弗拉吉德斯”框格（Sphragides）的幾何圖形。前者呈長形條帶狀，后者呈不規(guī)則形狀。它們組成了地圖的第二級網(wǎng)格系統(tǒng)，作為一級經(jīng)結(jié)網(wǎng)格的補充，其作用是便于標明《地理學(xué)概論》一書中所描述的各地區(qū)的位置和范圍。這種將世界劃分為不同地區(qū)的思維方法，似乎可視為現(xiàn)代地理學(xué)術(shù)語中的“區(qū)劃”的雛型。同時，他將地理描述中的分區(qū)敘述與地圖編繪緊密結(jié)合起來，也是一種創(chuàng)新嘗試，成為描述地理學(xué)與數(shù)理地理學(xué)相結(jié)合的又一種范例。
顯然，埃拉托色尼的地理學(xué)思想比前輩地理學(xué)家更臻成熟。他對地理空間表現(xiàn)了極大的興趣，不僅因為它是一個地理實體，也不僅因為它是一個包含各種特性的地域，而且因為在地理空間中，存在著特征鮮明的自然環(huán)境同改造利用這一環(huán)境的社會兩者之間的相互聯(lián)系。埃拉托色尼的地理學(xué)著作和成就標志了古代希臘地理學(xué)的最高峰和結(jié)束。
2000多年前，有人用簡單的測量工具計算出地球的周長。這個人就是古希臘的埃拉托色尼(約公元前275-前194)。
埃拉托色尼博學(xué)多才，他不僅通曉天文，而且熟知地理；又是詩人、歷史學(xué)家、語言學(xué)家、哲學(xué)家，曾擔任過亞歷山大博物館的館長。
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細心的埃拉托色尼發(fā)現(xiàn)：離亞歷山大城約800公里的塞恩城(今埃及阿斯旺附近)，夏日正午的陽光可以一直照到井底，因而這時候所有地面上的直立物都應(yīng)該沒有影子。但是，亞歷山大城地面上的直立物卻有一段很短的影子。他認為：直立物的影子是由亞歷山大城的陽光與直立物形成的夾角所造成。從地球是圓球和陽光直線傳播這兩個前提出發(fā)，從假想的地心向塞恩城和亞歷山大城引兩條直線，其中的夾角應(yīng)等于亞歷山大城的陽光與直立物形成的夾角。按照相似三角形的比例關(guān)系，已知兩地之間的距離，便能測出地球的圓周長。埃拉托色尼測出夾角約為7度，是地球圓周角(360度)的五十分之一，由此推算地球的周長大約為4萬公里，這與實際地球周長(40076公里)相差無幾。他還算出太陽與地球間距離為1.47億公里，和實際距離1.49億公里也驚人地相近。這充分反映了埃拉托色尼的學(xué)說和智慧。
埃拉托色尼是首先使用'地理學(xué)'名稱的人，從此代替?zhèn)鹘y(tǒng)的'地方志'，寫成了三卷專著。書中描述了地球的形狀、大小和海陸分布。埃拉托色尼還用經(jīng)緯網(wǎng)繪制地圖，最早把物理學(xué)的原理與數(shù)學(xué)方法相結(jié)合，創(chuàng)立了數(shù)理地理學(xué)。
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這是世界上最偉大的實驗，聽到名字都覺得不可思議!
人的大腦，只有僅僅兩公斤之重，但是它卻擁有800億個細胞和數(shù)以萬億的特殊結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)，幫助人類說話，行走，想象，同時孕育出無窮的智慧。在沒有任何機械設(shè)備的古代，人們就已經(jīng)能修建起高達百米的金字塔，完成了長達萬里的長城。近代，人類把自己送上太空，送上月球，研制出不可思議的原子彈，氫彈等。這些例子，充分說明了人類，是這個世界上甚至宇宙中最偉大的生物。
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從古到今，智慧的人類完成了許許多多既偉大又不可思議的實驗，這些實驗的成功，幫助人們在走向更加文明的道路上前進了一大步。今天我們就來說說被稱為世界上最偉大的實驗，測量地球圓周實驗。
光聽名字，大家就會覺得不可思議。這個實驗的主導(dǎo)者是古希臘科學(xué)家埃拉托色尼，并且，這已經(jīng)是兩千多年前的事了。
在公元前兩百多年，當時的人們對地球的認識還很欠缺，對于地球到底有多大還完全沒有概念。在埃及的一個名叫阿斯瓦的鎮(zhèn)上。當日剛好是夏至的正午，陽光直射而下，照射到物體上卻沒有影子，主人公埃拉托色尼看到此景象，靈光一閃，如果相同的時間，在不同的兩個城市觀察某個相似的直立物體的影子長度，通過影子之間的差異，就可以計算出地球的周長。
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說干就干，埃拉托色尼在夏至的正午，來到A城市，選取了一座塔作為參照物，測量出了此時這座塔的影子長度。第二年的夏至正午，埃拉托色尼又來到B城市，選取了和A城市的塔相同高度的參照物，測量出了此時影子的長度。他發(fā)現(xiàn)，這兩段影子的長度是有差異的。埃拉托色尼運用所學(xué)的地理和數(shù)學(xué)知識，計算出了兩段影子和垂直線之間的夾角度數(shù)，發(fā)現(xiàn)它們之間的差異為大約七度。因為圓周的角度為三百六十度，七度相當于三百六十度的五十分之一。埃拉托色尼又去查閱地圖等資料，得知了A城市和B城市之間的距離，再用這段距離去除以五十分之一，最終的出地球的周長為大約39000公里。這個數(shù)字在當時可能沒有多大的影響，但是，現(xiàn)代社會計算出地球的準確周長后，發(fā)現(xiàn)和埃拉托色尼得出的數(shù)據(jù)誤差小于百分之五，這是多么的了不起。
之所以把埃拉托色尼的實驗稱為最偉大的實驗，并不是他的實驗多么復(fù)雜，所用的儀器多么昂貴，也不是他的結(jié)果分毫不差，而是因為這是在兩千多年前，沒有任何的精密儀器，沒有任何可借鑒的資料，僅僅通過簡單的數(shù)學(xué)公式和常見的地理知識，就計算出了地球的周長。這是多么偉大的一個實驗!