地球为什么是圆的

大地平、球之争

是什么原因导致古人认为地球是平的呢？

原来，当我们站在空旷的地方，一眼望去，确实会给人以大地是平坦的感觉，特别是登高望远的时候，看到如棋盘状的大地，更是给人一种大地是平的错觉。这是因为人能看到的地表和地球的大小相比，实在是太小了，一般情况下，很难发现大地的弧度。

但古代的一些智者，却从一些蛛丝马迹中，通过深入思考，很早就发现了大地是球形这一事实。这些智者就是古希腊的一些杰出学者。毕达哥拉斯和亚里士多德等人早在2400年前，就发现了一些端倪。他们认为大地是球形的主要依据有如下几点：

1.水滴是球形——大地也是;

2.从希腊向东，到非洲能看到大象，往西，到亚洲也能看到大象;

3.在海边看帆船，先看到桅杆顶，后看到船身;

4.越往北，看到北极星相对地平线的高度越高，而且会看到不同的星空。

其中，第1点只能算是类比，并不能因为水滴是球形，就可以得出大地也是球形的结论;第2点则是彻底错了，因为人们看到的并不是同一种大象;而第3点和第4点则是正确的。至少，大地必须是一个大大的弧形才能出现第3点和第4点所指的两种现象。如果地球是平坦的，那么海平面也会是平坦的，这样就不会出现第3点中提到的现象。越往北走，北极星升得越高;越往南走，北极星就越低。这里对北极星高度升高稍微解释一番。所谓北极星的高度，我们其实可以形象化地用需要抬头多少角度才能直视北极星来理解。古希腊学者很早就发现，越往北边走，脑袋需要越仰越高才能直视北极星，而越往南走，北极星则是越来越靠近地平线，直到消失在地平线之下。

在天气良好的海边，远处驶来的帆船，总是先看到桅杆顶，后看到船身（供图/韩文标）

上：对球形的大地，往北走，北极星高度越高;而往南则越来越低，赤道以南则看不见北极星;下：如果大地是平坦的，则在所有的地方都能看到北极星，且高度不变（供图/韩文标）

地球应该是一个球

当然，所有的这些都是合理的推理，距离确定性的证据还比较远。

古希腊人通过对月食的观察，坚定了地球应该是一个球的设想。古希腊人很早就知道，月食是地球遮住太阳光造成的，因此月食就是地球的影子。亚里士多德发现，月食总是圆形的，这样地球有极大可能就是一个圆球，只有这样才能保证在任何情况下，地球投射在月面上的影子总是圆形。除此之外，唯一的可能性就是地球是个圆饼，而且永远正对着月亮。但这显然和事实不符，因为月亮是东升西落的。另外，前面讲到的事实也否定了地球是平坦的可能。因此，如果月食真的是地球的影子，那么几乎可以确定地球的形状是圆的。

但是，即使有這些证据，全世界绝大部分人还是无法相信地球是圆的。1519年，葡萄牙人麦哲伦开始了他划时代的航海探险。他始终向一个方向航行，最终在3年后回到原点，他用事实证明了地球是圆的，地圆说真正流行于世界。

我测出了地球的大小

古希腊学者还有一个惊人的成就，那就是很早就测量出了地球的大小。

月食上的阴影，总是圆形

一位叫埃拉托斯特尼的科学家、哲学家可能是最早计算出地球半径的人。他是亚历山大图书馆的第三任馆长，据说有人给他写信（也有人说他是从书中得知），说每年的6月21日或22日这天（夏至），太阳在正午能够直射入埃及阿斯旺的水井中（现在我们知道，阿斯旺差不多正好位于地球的北回归线处，每年夏至的正午，太阳会直射到地面，地上的物体几乎没有影子）。于是，埃拉托斯特尼立刻在夏至这天正午，在亚历山大市（阿斯旺的北面，距之100多千米）垂直竖起了一个直竿，并测量了光线和直竿的夹角，从而计算出了地球的半径是6300多千米（这个数值非常接近现在的精确值）。

都是引力在作怪

现在，我们都已经知道地球是圆的，并且还测量出了它的大小，有读者一定会问，为什么地球是圆的，而不是方的、扁的、平的或者其他更一般的形状呢？

地球是圆的

每年夏至正午，阳光会直射在阿斯旺。距离它100多千米的北边城市亚历山大，太阳光线的入射角度大约是7度，这样就很容易算出地球的半径（供图/韩文标）

实际上，我们发现，肉眼可见的绝大部分天体都是球状的，所以地球是圆的，并不意外。但背后的道理是什么呢？当初有人质疑地圆说时问过一个可笑的问题：“如果地球是圆的，那么背面的人不是掉下去了吗？”地球“背面”的人当然不会掉下去，因为有一种叫万有引力的力量，把我们牢牢地束缚在地面上。而正因为地球具有较为强大的引力，才使得自身的形状呈现球形。

引力是一种有心力，只要距引力中心距离相同，引力的大小就相同。几何体中，球有一个性质，即球面上到球心的距离处处相等。那么在强大的引力作用下，一个天体的形状就会逐渐呈球形。但如果一个星球的引力不够强大，那形状就比较五花八门了，比如直径小于500千米的小行星——盖斯普拉看上去就像一颗土豆一样。

地球的引力虽然比较强大，但是还没有强到使得地球表面没有任何起伏的程度，因此，我们才能看到高山、峡谷、海沟。科学家计算发现，地球引力允许的高度差是26千米左右。这就是说如果一座山超过这个高度，就会在引力作用下垮塌。目前，地球上海拔最高的山峰还不到9千米，而最深的海沟是11千米，相差差不多20千米，相较于地球6371千米的半径来说，这点起伏不算什么。因此，从远处看，地球还是呈现圆球状。

小行星盖斯普拉（图片来源/Wiki）

质量更大的恒星，如太阳，当然呈现出更加完美的球形，更加致密的天体如中子星、黑洞等，都是如此。中子星的密度极大，一个指头大小的物质就有差不多7亿吨，因此上面任何小的凸起都会被碾平。不过，天体都在自转，自转会提供一种抵抗引力的离心力。我们可以做一个小实验，双臂自然下垂，然后旋转自己的身体，这时你会察觉你的双臂自然而然地升起来。对天体来说也是如此。地球的自转，导致地球赤道鼓起来，而两极略扁，形成一个椭球状，因此地球赤道半径就比地心到北极的半径要多差不多20千米。即使是中子星這样致密的天体，如果自转很快的话（目前观测到自转最快的中子星，每秒转700圈，是地球自转的6000万倍），形状严格来说也是椭球形。

小行星盖斯普拉（图片来源/Wiki）小行星司琴星（图片来源/Wiki）

不是特别强大的引力使地球表面存在高低起伏

最后，我们总结一下：粗略地说，地球是圆的，这是因为万有引力的作用;更精确一点，因为地球的自转等作用，地球并非一个正圆，而是中间鼓起、两极略扁的椭球体;再精确一点，因为地球的引力还不够强大，所以地球的形状大体上是椭球，但存在非常丰富的高低起伏，有高山、峡谷、海沟等，是一个丰富多彩的世界。也正因为如此，人类才能在这个星球上繁衍。