كيفية قياس الأرض بالظلال
عندما كنت طفلاً ، كنت أفكر في كثير من الأحيان على ساحل ولاية أوريغون: "ما هو عرض المحيط وما هو أبعد من الأفق؟" عندما كبرت ، وجهت عيني إلى سماء الليل ، وفكرت في شيء مماثل: "إلى أي مدى النجوم ، وهل لديهم كواكب أخرى؟" وعلى الرغم من أن القليل منا قد سافر حول العالم ، ولم يذهب أي شخص إلى الفضاء بعد القمر ، إلا أننا نعرف الإجابات على بعض هذه الأسئلة. يمكن قياس الكثافة. وعلى الرغم من أن هذه الأرقام الضخمة في الحياة اليومية لا معنى لها ، فإننا على الأقل نعلم أننا نعرفها.
تخيل ما سيكون عليه العيش في عالم ليس فيه: حيث يتم قبول الشعور بالثقل ، والثقة في وجود ما لا يمكن تفسيره ، وتكون فكرة معرفة العالم جديدة. ولد الفيلسوف
أناكساجوراس حوالي 500 قبل الميلاد. في شرق البحر الأبيض المتوسط ، حيث الساحل التركي الآن. بحلول ذلك الوقت ، تحولت الفلسفة مؤخرًا إلى دراسة العالم الطبيعي. قبل أقل من مائة عام ، زُعم أن
طاليس ميليتوس تنبأ
بكسوف شمسي أنهى الحرب ، وأثبت أن عالمنا كان متوقعًا ، وأن جميع الأحداث ليست مجرد نزوة من الآلهة.
بقدر ما نعلم ، في هذا العالم من الظواهر الفيزيائية ، كان Anaxagoras أول من أدرك أن الكسوف يحدث لأن جسمًا سماويًا يتداخل مع ضوء آخر. مثل هذا الرفض لاستخدام الآلهة والتنين كسبب للكسوف كان ثوريًا في حد ذاته ، لكن Anaxagoras ذهب إلى أبعد من ذلك: إذا حدثت الكسوف الشمسي فقط لأن الأرض سقطت في ظل القمر ، حسب السبب ، فإن حجم الظل يجب أن يخبرنا بمعلومات عن حجم القمر . بالإضافة إلى ذلك ، بما أن القمر غطى الشمس ، يجب أن تكون الشمس أبعد. ثم ، حتى يتطابق حجمها الظاهري تقريبًا ، يجب أن تكون الشمس أكبر. يحتوي على قوة الفكر العلمي: قم بقياس حجم الظل الذي يمر عبر الأرض ، وستكتشف أن القمر يجب أن يكون على الأقل بنفس حجم هذا الظل ، ويجب أن تكون الشمس أكبر. لم يقدم التصوف مثل هذه الفرص: إذا حدث كسوف عندما يمتص شيطان الشمس ، فلا يوجد سبب للاعتقاد بأن أي قياسات تم اتخاذها على الأرض ستكشف لنا عن حجمها.
17 فبراير 478 ق ظل كسوف على شكل حلقة منتشر عبر البحر الأبيض المتوسط وعبر الجزر اليونانية وشبه جزيرة بيلوبونيز ، مما خلق "حلقة نار" في السماء ، والتي كانت مرئية لمدة ست دقائق تقريبًا. سيكون Anaxagoras ، الذي يعيش في أثينا ، في منتصف الكسوف ، ولكن في ست دقائق لم يتمكن من قياس حجم الظل بشكل مستقل. ولكن في نوبة عبقرية ، وجد الجواب على هذا السؤال: لقد نزل ببساطة إلى الشاطئ وسأل البحارة القادمين عما رأوه. كانت أثينا في ذلك الوقت مركز التجارة لجميع السفن من جميع أنحاء شرق البحر الأبيض المتوسط. إذا رأى البحارة حلقة نار في السماء ، لكانوا يتذكرون أين كانوا في تلك اللحظة. يشير موقع جميع أولئك الذين رأوا ولم يروا هذا المنظر إلى حجم الظل الذي سقط على البحر. لذا ، بمجرد الوصول إلى الميناء المحلي ، قام Anaxagoras بقياس القمر.
ليس لدينا دليل على Anaxagoras نفسه حول ما جاء إليه ، ولكن لدينا ملاحظات لأتباعه. بعد خمسمائة عام ، كتب المؤرخ الروماني بلوتارخ: "يقول Anaxagoras أن القمر ليس أصغر من البيلوبونيز".
كتب هيبوليتوس من روما ، كاهن مسيحي من القرن الثالث ، في "
إدانة جميع البدع " أنه ، وفقًا لأناكساجوراس ، "تتجاوز الشمس حجم البيلوبونيز". قصة Anaxagoras واقفة على الشاطئ وقياس حجم القمر هي قصة كل علم الفلك. ترتبط أجناسنا بعالمنا (في أحسن الأحوال ، بنظامنا الشمسي). لكن من هذا الموقف نحتاج إلى مسح الكون كله ، الذي نقف على ضفافه. للقيام بذلك ، نحتاج إلى دراسة الكسوف ، والمرور (عندما يمر شيء صغير أمام شيء كبير)
والتغطية (عندما يمر شيء كبير أمام شيء صغير). أصبح الفلك على وجه الخصوص ممكنًا من خلال الظلال التي تغطي النجوم.
نقف على ساحل السماء ، دعونا نسير في عالمنا ، بدءًا من العالم الذي نراه خلال النهار والنجوم المرئية ليلاً. في كل خطوة سنكتشف أين نحن وإلى أي مدى ذهبنا. ما هي أسهل طريقة لقياس المسافات؟ يمكننا المشي. نقيس المسافة بالأقدام [الولايات المتحدة فقط - تقريبًا. ترجم.] ، وليس من المستغرب أن تساوي القدم تقريبًا حجم القدم [قدم - قدم ، قدم. قياس طوله حوالي 30.5 سم - تقريبا. ترجم.]. ما المسافة التي يمكن للشخص قياسها في الخطوات؟ في البحر الأبيض المتوسط في القرن الثالث قبل الميلاد
Bematists كانوا أشخاصًا يعرفون كيفية السير بخطوات ثابتة ودقيقة ، والتي حصلوا على أموال من أجلها. يمكن للمرء أن يوظف مثل هذا الشخص لقياس المسافات الطويلة بدقة. تم استخدام Bematistov على طول نهر النيل ، والتي خلال التسرب تمسح جميع العلامات التي ميزت حدود الحقول. كان Bematists مناسبًا بشكل خاص للسفر عبر مساحات كبيرة ، متساوية ، خالية من المعالم المميزة على طول النيل ، جنوب الإسكندرية إلى أسوان ، والمسافة التي قدروا بها في 5000 مراحل (حوالي 835 كم ، اعتمادًا على التعريف الدقيق للمرحلة). نحن نعرف هذه المسافة لأنه حوالي عام 240 قبل الميلاد
إراتوستينس من Cyrene ، أمين مكتبة الإسكندرية ،
استخدمها للعثور على حجم العالم .
علم إراتوستينس أنه في يوم الانقلاب الصيفي ، تشرق شمس منتصف النهار مباشرة داخل البئر في أسوان ولا تلقي بظلالها. كان يعلم أن هذا لا يحدث في الإسكندرية في أي يوم ، لذلك يجب أن يكون أحد أمرين صحيحًا: إما أن تكون الأرض مسطحة والشمس قريبة جدًا منها (تمامًا مثل سحابة معلقة فوق مدينة واحدة تبدو جنوب آخر) ، أو أن الشمس بعيدة جدًا ، والأرض مستديرة. يمكن الحصول على الإجابة على هذا السؤال من خلال دراسة القمر خلال خسوف القمر. لاحظ أرسطو ، حتى قبل 100 عام ، أنه خلال كل خسوف للقمر ، يبدو ظل الأرض وكأنه دائرة. بغض النظر عن أي جزء من السماء حدث كسوف ، لم يتغير ظل القمر. الرقم الوحيد الذي بدا متشابهًا من جميع الجهات هو المجال.
بما أن ظل الأرض قد أكد بالفعل أن الأرض مستديرة ، كان انحناء الأرض هو التفسير الوحيد للاختلافات في طول الظلال من الشمس في أسوان والإسكندرية. من اختلاف الظلال والمسافة بينهما ، تم حساب محيط الأرض.
وإليك كيف تعمل: تخيل أنه في يوم ما في هاواي ستلاحظ أن ظلك تحت قدميك تمامًا ، وأن صواري الأعلام لا تلقي ظلالًا على الإطلاق. تنظر للأعلى وترى أنه في ذروة ، في أعلى نقطة في السماء ، هي الشمس. يسميها سكان هاواي ظهرًا ، تكريمًا للمدينة في جزيرة ماوي ، حيث تحدث هذه الظاهرة مرتين سنويًا. اتصل فورًا بصديق من بورتوريكو غير معجب بهذه الرسالة. في تلك اللحظة ، ينظر إلى أجمل غروب الشمس ، حيث تلامس الشمس مياه البحر الكاريبي في الأفق. في هذه اللحظة ترى الشمس على مسافة 90 درجة من بعضها البعض - أي ربع الدائرة بالضبط. لذا يجب أن تكون في ربع محيط الأرض عن بعضها البعض. قم بقياس المسافة بينك ، اضربها في أربعة وستحصل على محيط الأرض.
هذا ما فعله إراتوستينس. في تلك اللحظة ، عندما كانت الشمس فوق رأسه مباشرة ، واختفت الظلال في أسوان ، قام بقياس طول الظلال في الإسكندرية وخلص إلى أن الشمس غيرت موقعها بمقدار 7.2 درجة. يعني هذا الاختلاف أن المدينتين كانتا 1/50 (7.2 / 360) من محيط الأرض عن بعضهما البعض. وبما أن المسافة بينهما ، كانت مشيًا ، كانت 5000 مرحلة ، ثم ، حسب إراتوستينس ، يجب أن تكون الأرض بأكملها 250،000 مراحل في دائرة. اعتمادًا على الطول الدقيق للمرحلة ، يمكن أن يختلف حجم محيط الأرض بنسبة 2٪ فقط من القيمة الحالية التي نعرفها. ولكن الأهم من هذه الدقة كانت فكرة أنه ممكن.
تايلر نوردغرين عالم فلك وأستاذ مشارك في الفيزياء بجامعة ريدلاند.