Как древние астрономы могли измерить размеры Земли?
Геометрия (древнегреческий: Гео -” земля ",-Metron” измерение ") первоначальное значение слова было- измерение Земли. Сегодня, геометрия имеет более широкий смысл: это раздел математики, занимающийся вопросами форм, размера, относительное положение в пространстве и свойства пространства. Геометрия возникла независимо в ряде ранних культур, как дисциплина практического знания, касающаяся длины, площади, объема, с элементами формальной математической науки.
Современные единицы измерения длины
Современные единицы измерения, связанны с размерами нашей планеты.
Метр
Первоначально метр был разработан, чтобы быть одной десятимиллионной (1/10, 000000) квадранта, расстояние между экватором и Северным полюсом. Иными словами, метр был определен как 1/10, 000000 расстояния от экватора Земли до Северного полюса измеряется по поверхности окружности (эллипсоида) Земли через долготу Парижа.
Используя данное значение, окружность идеально круглой Земле должна быть точно 40.000, 000 метров (или 40000 км ). Но так как форма Земного шара не идеальная окружность а больше похожа на эллипсоид, то на сегодня официальная величина окружности Земли по линии долготы является 40,007.86 км.
Морская миля
Морская миля в основе окружности планеты Земля. Если вы разделите окружность Земли на 360 градусов, а затем разделить каждый градус на 60 минут, вы получите 21600 минут дуги.
1 морская миля определяется как 1 минута дуги (окружности Земли). Эта единица измерения используется всеми странами для воздушных и морских перевозок. Использование 40,007.86 км по официальным данным окружности нашей планеты, мы получим значение морских миль в километры: 1,852 км (40,007.86 / 21600)
Древние единицы измерения показывают, что наши предки были в состоянии измерить размеры нашей планеты с идеальной точностью …
Измерение окружности Земли
Вот простой способ измерения окружности (и диаметр) Земли , который скорее всего был использован древними астрономами.
Этот метод основан на понимании, что Земля , как Солнце и Луна, так же округлой формы и, что звезды находятся очень далеко от нашей планеты (за исключением Солнца), и они, вращаются вокруг определенной точки над северным горизонтом (Северный полюс).
Съемки на длинных выдержках показывают видимое движение звезд вокруг северного полюса.
Процесс измерения следует проводить в местах с хорошей видимостью неба, например, пустынной местности, в отдалении от населенных пунктов.
В одну ночь, 2 астронома в двух разных местах (А и Б), разделенных известным расстоянием (так будет легко измерить окружность Земли зная расстояние между точками расположенных в сотнях километрах друг от друга) , будут измерять угол над горизонтом (с помощью астролябии с отвесом дающим вертикальную линию) определенной звезды на её местоположение на ночном небе над горизонтом.
Идеальным выбором была бы Звезда, которая близко расположена к небесной оси Северного полюса (с указанием центра оси вращения Земли). В наши дни Полярная звезда будет лучшим выбором, однако тысячи лет назад, из-за прецессии (вращения оси Земли), Полярная звезда не находилась в районе Северного полюса (см. изображение ниже).
Прецессия- вращение оси Земли а течении 26 000 лет
Несмотря на то, что Полярная звезда, находится в пределах северного полюса в половине окружности небесной сферы, это не всегда было так. Ось вращения Земли претерпевает медленные колебания, в течении 26 000 лет, известное как прецессия, вокруг перпендикуляра к ее орбите вокруг Солнца, в результате чего положение вращательного полюса неба, вокруг которой все звезды движутся, постоянно меняется . Примерно во времена греческого поэта Гомера, звезда Kochab была звездой северного полюса. До неё, звездой северного полюса, была звезда Thuban, которая почти точно была на полюсе в 2700 г. до н.э. Она занимала лучшее положение, близкое к идеальному , чем звезда Kochab, примерно до 1900 г. до н.э., и поэтому являлась Полярной звездой во времена древних египтян. Другие яркие звезды , в том числе Alderamin, были в своё время полярными звёздами, и будут снова в отдаленном будущем. Звезда которая в настоящее время находится ближе к Южному полюсу является Sigma Octantis, которая едва видна невооруженным глазом и находится в 1 º 3 ‘от полюса (хотя она была ближе, на 45′ всего столетие назад). [Энциклопедия Науки ]
Тщательное наблюдение за ночным небом позволит выбрать яркую звезду с наиболее подходящими параметрами для сравнения местоположения звезды с измеренными параметрами той же звезды с другого места.
Например, в 2600 г. до н.э. (см. изображение выше) в Египте возле плато Гизы, когда звезды Мицар и Kochab (которые вращаются каждую ночь вокруг Северного полюса) будут совпадать с вертикальной линией (отмечено линией отвеса),звезда Мицар ( легко измерить высоту) будет идеальной звездой для сравнения её высоты в разных точках (А и B).
Так как звезды в космосе находятся слишком далеко от Земли используя эффект параллакса можно, зная расстояние между точками наблюдения D (база) и угол смещения α в радианах, определить расстояние до объекта:
L= D/(2sinα/2)
для малых углов:
L=D/α
эффект параллакса: (смещение или разница в видимом положении объекта рассматривается по двум различным точкам наблюдения), единственной причиной изменения измеренного угла северной звезды является кривизна окружности Земли.
Угловой диаметр Луны и Солнца почти одинаковы: 0,5 градуса.
Наши древние астрономы / Священнослужители, жрецы / могли производить измерения положения северной звезды с точностью до 1 градуса. Используя такой измерительный прибор для измерения угла ( астролябия ), калиброванной в градусах, он мог получить достаточно точные результаты (возможно с 0,25% степенью точности).
Если один из наших астрономов делал это измерение от места расположения в точке(A) возле Гизы (30 0 С), звезда Мицар должна была появиться около 41 градусов над местным горизонтом. Если второй астроном был расположен в 120 морских милях к югу от *точки (А) (* измеряется в древних единицах длины, конечно), он бы заметил, что высота одного и того же объекта (звезды) 39 градусов ( на 2 градуса ниже, чем высота измеряется в месте расположения ).
Эти 2 простых измерений позволили бы древним астрономам произвести расчет окружности Земли с достаточно высокой точностью:
(360/2) * 120 морских миль = 21600 морских миль , откуда диаметр Земли может быть оценен как: 21600 морских миль / (22/7)(древние египетские оценки Pi) = = 6873 морских миль = 12728 км
Примечание: современные и точные данные: Окружность Земли между Северным и Южным полюсами:
21,602.6 морских миль = 24,859.82 миль (40008 км) Диаметр Земли на экваторе:6,887.7 морских миль = 7,926.28 км (12,756.1 км)