文档介绍：宇宙的大小
人们在偶尔眺望星空的时候, 并不觉得天空有多么遥
远。小孩子很容易接受“牛跳过月亮”和“他跳得真高, 摸到
了天”之类的幻想。在流传神话的时代, 古希腊人让阿特拉
斯背负天体, 一点也不觉得滑稽。当然这位天神可能是无比
的高大, 然而另一个神话表明并非如此。英雄赫喇克勒斯在
完成闻名于世的“十二件奇迹”中的第十一件———去取圣园
里的金苹果时, 他让阿特拉斯帮助他去取金苹果, 而自己站
在山上扛着天穹。即使赫刺克勒斯算得上一个大个子, 但他
不是一个巨人。由此可以看出, 当时希腊人非常平静地接受
了这样的观念: 天空比山顶仅高出几米而已。
在开始的时候, 人们自然地认为, 天空只不过是一个坚
硬的天篷, 那闪耀着的天体就是天篷上的钻石。早在公元前
6~4 世纪, 希腊天文学家就已经认识到, 天篷必定不止一
层, 因为那些“固定的”恒星在以一个整体绕地球运转时, 显
然没有改变它们之间的相对位置, 但是太阳、月球和水星、金
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星、火星、木星、土星等五颗明亮的天体却不是这样: 事实上,
它们各行其路。当时把这七个天体叫做行星( 希腊语“流浪
者”的意思) , 很明显, 它们不可能属于恒星的天篷。
希腊人曾经设想, 每个行星都固定在各自看不见的天篷
上, 而且天篷是一层套一层, 最近的一层属于移动最快的行
星。移动最快的行星是月球, 每 27 + ( 1/ 3 ) 天绕天空一周。
希腊人认为, 月球以外的几个行星的次序是: 水星、金星、太
阳、火星、木星和土星。
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早期的测量
对宇宙距离第一次进行科学测量大约是在公元前 240
年。亚历山大图书馆( 当时世界上最先进的科学机构) 馆长
埃拉托色尼考虑了这样一个事实:6 月 21 日中午, 在埃及塞
伊尼城的太阳正好在头顶上的时候, 在塞伊尼城北边 8000
公里的亚历山大城, 太阳并不在天顶。埃拉托色尼断定, 一
定是因为地面弯曲而偏离太阳, 才会发生这种情况。根据夏
至那天中午在亚历山大城测到的日影的长度, 运用简单的几
何学知识, 就可以计算出从塞伊尼城到亚历山大城 8000 公
里距离内地面弯曲的程度, 如果设想地球是球形的话(那时
希腊天文学家已经愿意接受“地球是球形的”说法了) , 可以
进而计算出地球的周长和直径(见图 2—1)。
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图 2 - 1 埃拉托色尼利用地球的曲率测量了地球的大
小: 6 月 21 日中午太阳位于塞伊尼城的头顶, 同一时间, 阳
光却在亚历山大城形成 7 .5°的影子。由于知道两城之间的
距离和在亚历山大城影子的长度, 所以埃拉托色尼计算出了
地球的大小。
埃拉托色尼用希腊单位求出了这个答案。如果换算成
我们今天的单位, 他的数据是: 地球的直径约为 12800 公里
(8000 英里) , 周长约为 40000 公里( 25000 英里) , 这些数字
碰巧与正确的数值差不多, 可惜的是, 这些关于地球大小的
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准确数值没有被人们广泛地接受。大约在公元前 100 年,
另一位希腊天文学家波西多留斯重复了这一工作, 他所得到
的地球周长是 28800 公里(18000 英里)。
这个较小的数字从古代到中古时代却广为人们所接受,
哥伦布接受了较小的数字, 认为只要向西航行 4800 公里
(3000 英里) 就可到达亚洲。如果他知道地球的真实大小,
也许就不敢如此冒险了。直到 1521 - 1523 年, 麦哲伦的船
队(确切地说, 是船队中幸存下来的一条船) 环绕地球一周
后, 才最终证实埃拉托色尼的数值是正确的。
根据地球的直径, 喜帕恰斯用一百多年前最大胆的希腊
天文学家阿利斯塔克所发明的方法, 在公元前 150 年计算出
了地球到月球的距离。当时希腊人已经猜测到, 月食是因为
地球走到太阳与月球之间而引起的。阿利斯塔克认为, 掠过
月面的地球阴影应该能够显示出地球和月球的相对大小。
在此基础上, 利用几何的方法, 就可以计算出地球到月球的
距离(以地球直径来表示) , 喜帕恰斯重复了这项工作, 算得
地球到月球的距离是地球直径的 30 倍。如果埃拉托色尼求
得的地球直径为 12800 公里是正确的话, 月球到地球的距离
就是 38 .4 万公里(24 万英里)了。这个数字碰巧也是一个近
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乎正确的数字。
然而在设法解决宇宙大小的问题上, 希腊天文学只是求
出了月球的距离, 至少从正确性方面来说是如此。阿利斯洛
克曾经大胆地试图测定太阳到地球的距离。他用的几何方
法在理论上是绝对正确的, 但这个方法涉及到要测出角度的
极小差值, 不用现代的仪器是无法