? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 埃拉托色尼：世界上最偉大的實(shí)驗(yàn)開(kāi)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(shī)人、天文學(xué)家和地理學(xué)家。他的興趣是多方面的，不過(guò)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(guó)王的聘請(qǐng)，任皇家教師，并被任命為亞歷山大里亞圖書(shū)館一級(jí)研究員。從公元前234年起接任圖書(shū)館館長(zhǎng)。當(dāng)時(shí)亞歷山大里亞圖書(shū)館是古代西方世界的最高科學(xué)和知識(shí)中心，那里收藏了古代各種科學(xué)和文學(xué)論著。館長(zhǎng)之職在當(dāng)時(shí)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(dān)任館長(zhǎng)直到他逝世為止，這也說(shuō)明了他在古希臘學(xué)術(shù)界享有很高的聲譽(yù)。

埃拉托色尼充分地利用了他擔(dān)任亞歷山大里亞圖書(shū)館館長(zhǎng)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(xiàn)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(xiàn)，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(shū)。前者論述了地球的形狀，并以地球圓周計(jì)算為著名。他創(chuàng)立了精確測(cè)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(shū)中，他系統(tǒng)地提出了采用經(jīng)緯網(wǎng)格編繪世界地國(guó)的方法，全面地改繪了愛(ài)奧尼亞地圖。他以精確的測(cè)量為依據(jù)，將得到的所有天文學(xué)和測(cè)地學(xué)的成果盡量結(jié)合起來(lái)，因而他所編繪的世界地圖不僅在當(dāng)時(shí)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(guò)保存下來(lái)的殘篇，特別是斯特拉波的引文，后世對(duì)它們的內(nèi)容，以及作者的精辟見(jiàn)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(shū)致力于研究有人居住的世界。全書(shū)分三卷，第一卷先是一段簡(jiǎn)短的緒言，對(duì)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(yùn)動(dòng)（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(wèn)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(shū)總結(jié)了希臘地理學(xué)的成就，標(biāo)志了這個(gè)時(shí)期地理學(xué)的最高水平，是古代地理學(xué)寶庫(kù)中的一個(gè)重要文獻(xiàn)。

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(shuō)，將世界分為歐洲、亞洲和利比亞（非洲）三大洲和一個(gè)熱帶、兩個(gè)溫帶、兩個(gè)寒帶等五個(gè)溫度帶。他改進(jìn)了亞里士多德的分帶法，對(duì)五個(gè)地帶的南北界線，均給予緯度的嚴(yán)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(qiáng)得多。他的地球分帶已同現(xiàn)代地理學(xué)的“地帶”概念相當(dāng)接近。他確定的回歸線位置，與其實(shí)際位置（23°30′）僅差半度，其精確性令人為之贊嘆。不過(guò)，埃拉托色尼關(guān)于世界陸地三大洲的劃分，與實(shí)際情況相差甚大，顯然這是受到當(dāng)時(shí)認(rèn)識(shí)論和科學(xué)水平的局限。

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埃拉托色尼認(rèn)識(shí)到，古老的愛(ài)奧尼亞地圖必須全面地改繪。他的目標(biāo)是運(yùn)用幾何學(xué)的方法，依據(jù)精確的天文學(xué)和測(cè)地學(xué)新數(shù)據(jù)，來(lái)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(yuǎn)航和亞歷山大遠(yuǎn)征以及其他新近的地理考察的成果。在使用資料時(shí)，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(cè)量資料時(shí)，考慮了地勢(shì)起伏和道路彎曲等因素，對(duì)資料提供的里程數(shù)據(jù)，平均減去了1/15，來(lái)加以訂正，這樣就大大提高了地圖的精度和資料的準(zhǔn)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(zhǎng)度。寬度數(shù)值是沿通過(guò)亞歷山大里亞城的子午線測(cè)算出來(lái)的，結(jié)果是38000希臘里；長(zhǎng)度數(shù)值則是沿著從赫爾克列斯之位至恒河河口一線來(lái)估算的，結(jié)果是78 000希臘里。長(zhǎng)度線與寬度線組成了地圖的基礎(chǔ)坐標(biāo)，它們?cè)诹_得島相交，然后，他在這兩條基礎(chǔ)座標(biāo)線上，各選了一系列地點(diǎn)，如經(jīng)線縱座標(biāo)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(biāo)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(xiàng)重大的突破和飛躍，有著深遠(yuǎn)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(yàn)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(zhǎng)形條帶狀，后者呈不規(guī)則形狀。它們組成了地圖的第二級(jí)網(wǎng)格系統(tǒng)，作為一級(jí)經(jīng)結(jié)網(wǎng)格的補(bǔ)充，其作用是便于標(biāo)明《地理學(xué)概論》一書(shū)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(yǔ)中的“區(qū)劃”的雛型。同時(shí)，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(lái)，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(duì)地理空間表現(xiàn)了極大的興趣，不僅因?yàn)樗且粋€(gè)地理實(shí)體，也不僅因?yàn)樗且粋€(gè)包含各種特性的地域，而且因?yàn)樵诘乩砜臻g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(huì)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(biāo)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(jiǎn)單的測(cè)量工具計(jì)算出地球的周長(zhǎng)。這個(gè)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(shī)人、歷史學(xué)家、語(yǔ)言學(xué)家、哲學(xué)家，曾擔(dān)任過(guò)亞歷山大博物館的館長(zhǎng)。

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細(xì)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(yáng)光可以一直照到井底，因而這時(shí)候所有地面上的直立物都應(yīng)該沒(méi)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(rèn)為：直立物的影子是由亞歷山大城的陽(yáng)光與直立物形成的夾角所造成。從地球是圓球和陽(yáng)光直線傳播這兩個(gè)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(yáng)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(cè)出地球的圓周長(zhǎng)。埃拉托色尼測(cè)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(zhǎng)大約為4萬(wàn)公里，這與實(shí)際地球周長(zhǎng)(40076公里)相差無(wú)幾。他還算出太陽(yáng)與地球間距離為1.47億公里，和實(shí)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(shuō)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(shū)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(shí)驗(yàn)，聽(tīng)到名字都覺(jué)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(gè)細(xì)胞和數(shù)以萬(wàn)億的特殊結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)，幫助人類說(shuō)話，行走，想象，同時(shí)孕育出無(wú)窮的智慧。在沒(méi)有任何機(jī)械設(shè)備的古代，人們就已經(jīng)能修建起高達(dá)百米的金字塔，完成了長(zhǎng)達(dá)萬(wàn)里的長(zhǎng)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(shuō)明了人類，是這個(gè)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(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)的成功，幫助人們?cè)谧呦蚋游拿鞯牡缆飞锨斑M(jìn)了一大步。今天我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)被稱為世界上最偉大的實(shí)驗(yàn)，測(cè)量地球圓周實(shí)驗(yàn)。

光聽(tīng)名字，大家就會(huì)覺(jué)得不可思議。這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(dāng)時(shí)的人們對(duì)地球的認(rèn)識(shí)還很欠缺，對(duì)于地球到底有多大還完全沒(méi)有概念。在埃及的一個(gè)名叫阿斯瓦的鎮(zhèn)上。當(dāng)日剛好是夏至的正午，陽(yáng)光直射而下，照射到物體上卻沒(méi)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(shí)間，在不同的兩個(gè)城市觀察某個(gè)相似的直立物體的影子長(zhǎng)度，通過(guò)影子之間的差異，就可以計(jì)算出地球的周長(zhǎng)。

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說(shuō)干就干，埃拉托色尼在夏至的正午，來(lái)到A城市，選取了一座塔作為參照物，測(cè)量出了此時(shí)這座塔的影子長(zhǎng)度。第二年的夏至正午，埃拉托色尼又來(lái)到B城市，選取了和A城市的塔相同高度的參照物，測(cè)量出了此時(shí)影子的長(zhǎng)度。他發(fā)現(xiàn)，這兩段影子的長(zhǎng)度是有差異的。埃拉托色尼運(yùn)用所學(xué)的地理和數(shù)學(xué)知識(shí)，計(jì)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?yàn)閳A周的角度為三百六十度，七度相當(dāng)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(zhǎng)為大約39000公里。這個(gè)數(shù)字在當(dāng)時(shí)可能沒(méi)有多大的影響，但是，現(xiàn)代社會(huì)計(jì)算出地球的準(zhǔn)確周長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)稱為最偉大的實(shí)驗(yàn)，并不是他的實(shí)驗(yàn)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?yàn)檫@是在兩千多年前，沒(méi)有任何的精密儀器，沒(méi)有任何可借鑒的資料，僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式和常見(jiàn)的地理知識(shí)，就計(jì)算出了地球的周長(zhǎng)。這是多么偉大的一個(gè)實(shí)驗(yàn)!