《宇宙自然生命简史：07丈量太阳系》歌词

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[00:00:05] 欢迎收听科学有故事

[00:00:09] 比科学故事更重要的重要是更重要的是科学精神

[00:00:17] 上一期节目呢

[00:00:18] 我们就讲到牛顿写出了自然哲学的数学原理

[00:00:24] 他的理论啊

[00:00:25] 解释了许多的自然现象

[00:00:27] 例如呢

[00:00:28] 海洋的潮汐变化行星的运动炮弹的轨道轨迹等等

[00:00:34] 他还解释了

[00:00:34] 为什么我们不会被高速旋转的地球甩到太空中去

[00:00:39] 要知道地球的自转线速度

[00:00:41] 可是每小时有数百公里啊

[00:00:43] 在地球上啊

[00:00:44] 不同的点的自转线速度也是不同的

[00:00:47] 在赤道上呢

[00:00:48] 是一千六百千米

[00:00:49] 每小时纬度越高呢

[00:00:51] 自转线速度就越低

[00:00:53] 到了两个极点的时候呢就变成了零在原理这本书中呢

[00:00:58] 牛顿提出的理论和推论呢

[00:01:00] 是非常的多

[00:01:01] 但是其中的一个推论

[00:01:03] 立即引起了广泛的争议

[00:01:07] 我们从何而来

[00:01:10] 要去向何方

[00:01:15] 一个星球一个实验

[00:01:18] 请听我为您讲述有关宇宙自然生命简史

[00:01:28] 如果牛顿理论是正确的话

[00:01:31] 那么地球就不可能是滚圆滚圆的了

[00:01:35] 按照牛顿的理论呢

[00:01:36] 由于地球自转产生的离心力的影响地球呢

[00:01:40] 是一个两极略扁

[00:01:42] 赤道稍微鼓起的一个扁球体

[00:01:46] 其实按照他的理论不仅仅是地球所有自转的行星恒星都是这样的扁球体

[00:01:52] 像木星和土星这样的气态巨星

[00:01:55] 体积又大自赚的又快那就更是一个扁球体了

[00:01:59] 这就意味着一度经线的长度在北京和上海是不相等的离两极越远呢

[00:02:06] 长度就会越短

[00:02:08] 不过这个推论对那些测量地球的人来说

[00:02:11] 可不是一个好消息

[00:02:12] 当时啊

[00:02:13] 几乎人人都认为地球是个完美的球体

[00:02:17] 所有的测量人员都是默认这个假设前提去搞测量的半个世纪以来呢

[00:02:23] 有很多人遵循严格的测量方法

[00:02:26] 一直在试图精确地计算出地球的尺寸第一个做这种尝试的人呢

[00:02:32] 是一个英国人叫诺伍德在他年轻的时候啊

[00:02:36] 曾经带着哈雷发明的潜水钟跑到百慕大海域想从海底捞珍珠发财

[00:02:42] 但是呢

[00:02:42] 他没有如愿

[00:02:44] 因为那片海域啊

[00:02:45] 根本没有珍珠

[00:02:46] 它的潜水钟也失灵了

[00:02:48] 但这次经历却给了他一些额外的启发

[00:02:52] 在17 世纪早期百慕大海域在船长们眼里呢

[00:02:56] 那是出了名的难以定位原因呢

[00:02:59] 是因为海洋太大

[00:03:01] 而百慕大呢

[00:03:02] 又相对太小

[00:03:03] 海员们没有什么仪器设备能够较好地解决这个难题

[00:03:08] 当时呢

[00:03:09] 连一海里的准确长度都无法取得一致

[00:03:12] 相对于海洋的尺度来说呢

[00:03:15] 像百慕大这样的目标显得很小一点

[00:03:18] 微小的计算误差都会被放大成足以让船只错过百莫大的实际距离

[00:03:24] 啊

[00:03:25] 我这里说的百慕大呢

[00:03:26] 就是在大西洋上的百慕大群岛离美国的北卡罗来纳州很近

[00:03:32] 但是呢

[00:03:32] 它是隶属于英国的是英国历史最悠久的制自海外领地大概是195 0年之后吧

[00:03:40] 有一些人呢

[00:03:41] 将百慕大群岛

[00:03:42] 美国佛罗里达州的迈阿密和波多黎各的圣胡安这三个地方呢

[00:03:46] 硬是划了三条连线组成了一个三角形

[00:03:50] 然后呢

[00:03:51] 就声称这一海域啊

[00:03:52] 曾经多次发生过莫名其妙的航船和飞机的失踪称之为呢

[00:03:58] 魔鬼三角

[00:03:59] 于是百莫大三角这个词就和神秘事件紧密的关联了起来

[00:04:04] 现在呢

[00:04:05] 都快成了神秘事件的代名词了

[00:04:07] 不过啊

[00:04:08] 所谓的神秘事件

[00:04:09] 其实呢都没有任何的证据

[00:04:12] 真正的真相是呢

[00:04:13] 这块区域是全世界最热门的旅游胜地之一而且也是飞机和轮船航线非常密集的区域

[00:04:21] 不管是经过这里的飞机还是轮船都不必支付

[00:04:25] 更高的保险费

[00:04:26] 恐怕全世界最会计算的公司之一呢

[00:04:29] 就是保险公司了

[00:04:30] 他们都不加价

[00:04:32] 这充分说明了这片海域的危险系数啊

[00:04:35] 并不比其他任何海域高

[00:04:37] 那我们继续讲诺伍德这个诺伍德呢

[00:04:41] 他下决心要用数学来解决这个定位的难题

[00:04:45] 因为他从小就对三角学很着迷

[00:04:48] 到最后呢

[00:04:49] 他认识到这个问题的关键呢

[00:04:51] 就是测量出一度经线的长度

[00:04:54] 诺伍德呢

[00:04:55] 就以伦敦塔为起点

[00:04:57] 开始向北朝约克郡出发

[00:05:00] 他一边走呢

[00:05:01] 一边拉直一根事先量好长度的链子整整用了两年的时间

[00:05:06] 他完成了四百八十千米的路程测量在此期间呢

[00:05:11] 他一丝不苟地调整着因地形起伏和道路蜿蜒引起的误差

[00:05:15] 最后呢

[00:05:17] 他在约克郡测量了太阳的地平羊角在一年前的同一天

[00:05:22] 同一时间他也在伦敦测量过该羊角

[00:05:26] 经过这番努力呢

[00:05:27] 他有理由认为自己可以得出地球一度经线的长度了

[00:05:32] 然后呢

[00:05:32] 进而算出地球的周长来

[00:05:35] 尽管听上去像是一个有点荒唐

[00:05:38] 而又野心勃勃的艰巨任务

[00:05:40] 因为哪怕只是小数点后面的一点点误差也会使最终的结果呢

[00:05:46] 谬以千里

[00:05:48] 但是诺伍德最后自豪地宣布他的测量结果精确的很

[00:05:52] 他说自己的误差呢

[00:05:54] 是微乎其微

[00:05:55] 事实上

[00:05:56] 他的确做到了甚至呢

[00:05:58] 他还比原以为的更精确

[00:06:01] 它的误差仅仅只有5 5 0米他最后的结论

[00:06:06] 如果换算成现在的工资的话呢

[00:06:08] 美度经线的长度是一百一十点七二千米

[00:06:13] 163 7年诺伍德航海方面的主要著作水手食物呢

[00:06:18] 出版了非常的受欢迎这本书再版了17 次在他死后的25 年中呢

[00:06:25] 还一直在印刷诺伍德后来带着全家呢

[00:06:28] 又返回百莫大群岛定居在那里

[00:06:31] 他成为了一名成功的种植园主空闲的时候呢

[00:06:35] 研究研究他心爱的三角学到了晚年的时候也就是17 世纪的50 年代

[00:06:41] 百慕大搞起了打击巫术的行动

[00:06:43] 诺伍德害怕他那些三角学论文中的神秘符号会被当作是与魔鬼交流的证据

[00:06:49] 而被判处极刑在提心吊胆中呢

[00:06:52] 度过了余生

[00:06:54] 这时候啊

[00:06:55] 这股测量地球周长的风潮也传到了法国

[00:06:59] 当时呢

[00:07:00] 天文学家皮卡德发明了一套极为复杂的三角测绘法

[00:07:05] 他要用到四分一摆钟地平纬仪和望远镜这个望远镜呢

[00:07:10] 是用来观察木星的四颗卫星的相对位置

[00:07:14] 从而呢来确定天文石的皮卡德呢

[00:07:17] 就采用这套方法经过两年的艰苦努力

[00:07:20] 穿越了整个法国终于在166 9年得到了一个更为精确的结果

[00:07:27] 他宣布呢

[00:07:27] 一度经线的长度是一百一十点四六千米

[00:07:32] 这件事呢

[00:07:33] 让全体法兰西人民颇为自豪啊

[00:07:36] 但这个结论是建立在地球是个完美球体的假设之上的

[00:07:41] 现在呢

[00:07:42] 英国人牛顿却冷冷的说这个假设是错误的

[00:07:47] 皮卡德死后

[00:07:48] 乔瓦尼和卡西尼父子在更大的范围内重复了皮卡德的测量他们得出的结论却是地球鼓起的地方啊

[00:07:58] 不是赤道

[00:08:00] 而是两级

[00:08:01] 也就是说呢

[00:08:02] 他们认为牛顿才是错的这一来啊

[00:08:05] 就把事情弄得更加复杂化了

[00:08:08] 正是在这样的背景下

[00:08:10] 促使法国科学院派出了布格和孔达米纳的考察队前往南美洲去重新测量地球

[00:08:19] 因为英国和法国的纬度呢

[00:08:21] 都是比较高的

[00:08:22] 之所以选择到安第斯山脉进行测量呢

[00:08:25] 是因为一来这个地方离赤道很近比较容易测出地球是否有扁率

[00:08:31] 二来呢

[00:08:32] 他们认为在山上测量视线更好

[00:08:35] 其实啊这个决定呢

[00:08:37] 是弄巧成拙的

[00:08:38] 秘鲁的山头总是消失在云层里面考察队呢

[00:08:42] 常常要等待好几周才能等来一个小时的没有云的时间进行测量

[00:08:49] 不仅如此呢

[00:08:50] 他们选择的地点恐怕也是地球上最奇特的地形

[00:08:54] 连当地的秘鲁人也认为这片土地的地形啊

[00:08:58] 出人意表一点没错

[00:09:00] 他们不仅要翻越几座世界上最具挑战性的大山

[00:09:05] 这山呢

[00:09:06] 让他们的骡子都望而却步

[00:09:08] 他们还不得不趟过湍急的河流

[00:09:11] 在密林中的披荆斩棘

[00:09:13] 最后呢

[00:09:14] 他们还得翻越几英里的高高的不满

[00:09:17] 数十的荒原

[00:09:19] 这些地方呢

[00:09:20] 都没有在地图上标出

[00:09:21] 并且呢

[00:09:22] 远离补给站

[00:09:24] 但是啊

[00:09:25] 不隔和孔达米纳这两个人什么都可以丢掉就是不丢掉他们的奸人在风吹日晒中坚定的执行者任务长达九年半之久啊

[00:09:37] 就在他们即将完成任务之际呢

[00:09:40] 却突然传来一个消息

[00:09:42] 另一支法国考察队在斯堪迪纳维亚半岛北部完成了同样目的的工作

[00:09:49] 他们也是克服了重重的困难

[00:09:51] 比如寸步难行的沼泽

[00:09:53] 危机四伏的伏兵啊等等

[00:09:56] 这两支考察队得出的结论都是两极附近的一度经线更长

[00:10:02] 也就是说

[00:10:04] 牛顿是对的注意啊

[00:10:06] 这可是法国的考察队啊

[00:10:07] 他们很诚实

[00:10:08] 他们说

[00:10:09] 英国人牛顿是对的

[00:10:11] 地球的赤道周长呢

[00:10:13] 比穿过两级的

[00:10:14] 经线圈的周长要多出四十三千米

[00:10:19] 说实话

[00:10:20] 从地球的尺度上来考量的话

[00:10:22] 这点相差真的是非常的微小地球的赤道周长呢

[00:10:26] 是四万零七十五千米

[00:10:29] 也就是说呢经线周长

[00:10:32] 也就是说呢

[00:10:34] 这个经线周长啊

[00:10:35] 仅仅只是少了千分之一的长度

[00:10:38] 如果我们把地球啊

[00:10:40] 等比例的缩小成一个乒乓球大小的话

[00:10:42] 你绝对不可能用肉眼看出这个乒乓球有任何的不圆甚至呢

[00:10:48] 你用一把螺旋测微器都测不出任何的差别

[00:10:52] 我们看到布格和孔达米纳用了将近十年的时间得到了一个他们不愿意看到的结果

[00:10:59] 而且还不是第一个得到这个结果的

[00:11:02] 他们呢

[00:11:03] 黯然结束了

[00:11:04] 工作仅仅是证明了第一支法国考察队是正确的

[00:11:08] 但是呢

[00:11:09] 他们没有太多的抱怨

[00:11:10] 回到海边分头坐船各自回家了

[00:11:14] 在这些大地测量学家的努力下

[00:11:16] 人类终于在18 世纪中叶搞清楚了

[00:11:20] 地球到底有多大的问题

[00:11:22] 但是呢

[00:11:23] 另外还有一波天文学家他们的野心更大

[00:11:27] 他们正在致力于搞清楚

[00:11:29] 太阳系到底有多大的问题

[00:11:31] 这对那个时代的人们来说

[00:11:33] 这其实呢就是宇宙的大小

[00:11:36] 因为当时的天文学家们认为太阳系就已经是整个宇宙了

[00:11:41] 弄清这个问题的关键在于太阳到地球的距离

[00:11:46] 也就是日地距离这个呢也被称之为一天文单位用字母u 纸袋

[00:11:52] 为什么这个距离会被定义为一个基本天文单位呢

[00:11:56] 因为开普勒在161 9年发现了开普勒第三定律有了这个定律呢

[00:12:02] 人类就很容易计算出太阳系其他行星到太阳的距离是日地距离的多少倍

[00:12:09] 我们来复习一下这个开普勒第三定律啊

[00:12:12] 各个行星绕太阳公转周期的平方和他们的椭圆轨道的半长轴的立方成正比

[00:12:20] 大家注意到没有这个定律呢

[00:12:22] 把距离和公转周期啊

[00:12:24] 连成了一个方程式公转周期呢

[00:12:27] 这个还是非常容易测的

[00:12:29] 当时的人类呢

[00:12:30] 早已经把五大行星的公转周期测量的非常精确了

[00:12:35] 在开普勒第三定律中的这个椭圆轨道的半长轴就是行星在远日点的时候到太阳的距离

[00:12:43] 也就是说呢

[00:12:44] 当时的人们已经知道了五大行星到太阳的距离

[00:12:48] 分别是多少个天文单位

[00:12:50] 比如说火星是1 .5 欧木星是5 .2 o 土星是9 .5 o 等等

[00:12:56] 但是这个一天文单位到底是多少米就知道的不太准确了

[00:13:01] 所以呢

[00:13:02] 当时的天文学界把一天文单位的长度成为天文学第一问题谁解决了这个问题

[00:13:10] 谁就解决了天文学中最崇高的问题

[00:13:14] 就在人们搞清楚了

[00:13:15] 地球到底有多大之后

[00:13:17] 没过多少年的176 1年将迎来第一次百年两遇的机会精确测量日地距离

[00:13:26] 这又是怎么一回事呢

[00:13:28] 辛苦大家先听一个小广告啊

[00:13:32] 6 月1 0号周六的下午

[00:13:35] 两点在北京的西单图书大厦

[00:13:38] 吴京平老师呢

[00:13:39] 将在那里举办他的新书签售会届时呢

[00:13:43] 我也会到场为他站台捧场

[00:13:47] 他呢

[00:13:47] 会给大家带去一场精彩的演讲黑洞的前世今生

[00:13:52] 我也会上台