探索地球形状的故事

近似球体

有人说，地球像一个倒放着的大鸭梨。其实地球确切地说，是个三轴椭球体。

太阳是球体，月亮是球体，没有人怀疑，因为大家都确确实实地遥望到了。可是人们生活在大地上，在宇宙航行以前，不能像观察太阳和月亮那样去眺望地球。地球比起人类的视野又是如此地广大，人们伫立在地面上，所看到的只是自己眼界所能达到的一小部分，就是四周被地平线所限制约以4.6公里为半径范围内的一块平地——视地平，因而对地球的形状产生过种种从直觉出发的推测。我国古代就有“天圆如张盖，地方如棋局”的说法，就是把地球看作扁平状，把天空看作罩在地面上的圆罩子。古俄罗斯人想象大地是驮在三条鲸鱼背上的盘子，这三条鲸鱼又是浮游在海洋上的。再如古印度人认为大地是一个隆起的圆盾，由三条大象扛着，这三条大象站在龟背上，而这个龟又是浮游在广阔海洋之中的。这些都是人类对地球的最原始的认识。

早在公元前五百多年，毕达哥拉斯从哲学观点出发，认为球形是最完美的形状，因而提出地球为球状的臆测。公元前三百年，亚里斯多德看到月食时地球投到月亮上的影子是弧形等现象，提出了地球为球状的科学证据。我国早在战国时期哲学家惠施就提出地球是球形的看法。但这一见解当时却很少人接受。直到公元1522年麦哲伦及其伙伴完成绕地球一周之后，人们才确立了地球为球体的概念。

十七世纪中叶以前，人们一直把地球看作是正球形体，通过科学实践，对这一看法才获得进一步的修订、提高。1672年，天文学家里奇比从巴黎（49°N ）带了一只钟到南美洲的圭亚那（5°N），发现这只钟每天慢了二分二十八秒，带回巴黎后又恢复正常。以后在其它地方作类似的观察，也有类似的结果。这表明从极地向赤道移动，钟摆的摆动速度变慢，或者说是摆的振动周期变长了。经过物理学的推测，地球不是一个正圆球体，而是两极略扁赤道凸出的旋转球体。

所谓旋转椭球体，是由经线圈绕地轴回转而成的。所有经线圈都是相等的椭圆，而赤道和所有纬线圈都是正圆。测量上为了处理大地测量的结果，采用与地球大小形状接近的旋转椭球体并确定它和大地原点的关系，称为参考椭球体。十九世纪，经过精密的重力测量和大地测量，进一步发现赤道也并非正圆，而是一个椭圆，直径的长短也有差异。这样，从地心到地表就有三根不等长的轴，所以测量学上又用三轴椭球体来表示地球的形状。

此后，又发现地球的南北两半球不对称，南极较北极离地心要近一些，在北极凸出18.9米，在南极凹进25.8米；又在北纬45˚地区凹陷，在南纬45˚隆起。这一形状和参考椭球体对比,地球又有点像梨子的样子,于是测量学中又出现“梨形地球”这一名称。总之地球的形状很不规则,不能用简单的几何形状来表示。更确切地说,地球具有独特的地球形体。从宇宙空间观看地球,它既不像梨,也不象橘子或鸡蛋,倒像一个滚圆的球。人们利用宇宙飞船和同步卫星在36,000公里高空的实际观测,已把地球的真面貌拍摄下来了。可以看到,在这个小行星上,辽阔的海洋呈蔚蓝色,突出在水体上呈褐色的是陆地,青葱翠绿的是地面上的植被,还有萦绕在上空不断变化着的白云。

从上面可以看出,人类对地球形状的认识是随着科学技术的发展而逐步提高的。正圆球体、旋转椭球体、三轴椭球体以及地球形体等，对于地球的真实形状而言，可以说都是近似的。反过来，人们在生产斗争和科学实践中，也需要对地球的形状加以不同程度的简化。例如在制造地球仪或绘制全球性地图时，就必须把地球当作正圆球体来看待；当测绘大比例尺地形图时，有必须把地球作为有规则的参考椭球体来处理；而在发射人造天体及其轨道计算时，则需要把赤道的扁率以及各地对参考椭球体的偏离更精确地计算进去。

因此，地球的形状不能用某种几何形状来表示，严格地说应称它为地球形体。