Sférická Země - Spherical Earth

Erdäpfel , nejstarší přežívající zeměkoule (1492/1493)
Středověká umělecká reprezentace sférické Země - s oddíly představujícími Zemi , vzduch a vodu (asi 1400)

Sférická Země nebo zakřivení Země označuje sbližování postavy Země jako koule . Nejstarší doložená zmínka o konceptu pochází z doby kolem 5. století př. N. L., Kdy se objevuje ve spisech řeckých filozofů . Ve 3. století před naším letopočtem helénistická astronomie stanovila zhruba sférický tvar Země jako fyzický fakt a vypočetla obvod Země . Tyto znalosti byly postupně převzaty po celém Starém světě během pozdní antiky a středověku . Praktická ukázka zemské sféricitou bylo dosaženo Ferdinand Magellan a Juan Sebastián Elcano ‚s obeplutí (1519-1522).

Koncept sférické Země vytlačil dřívější víry v plochou Zemi : V rané mezopotámské mytologii byl svět zobrazován jako plochý disk plovoucí v oceánu s polokulovou nebeskou kopulí výše, a to tvoří předpoklad pro rané mapy světa, jako jsou ty z Anaximander a Hekataios . Mezi další spekulace o tvaru Země patří sedmivrstevný zikkurat nebo kosmická hora , zmiňovaná v Avestě a starověkých perských spisech (viz sedm podnebí ).

Poznání, že postava Země je přesněji popsána jako elipsoid, se datuje do 17. století, jak popsal Isaac Newton v Principii . Na počátku 19. století bylo zploštění zemského elipsoidu určeno řádově 1/300 ( Delambre , Everest ). Moderní hodnota stanovená americkým světovým geodetickým systémem DoD od 60. let se blíží 1/298,25.

Způsobit

Země je dostatečně masivní, aby si gravitace zachovala zhruba kulovitý tvar. Většina jeho odchylky od sférických vyplývá z odstředivé síly způsobené rotací kolem její severojižní osy. Tato síla deformuje kouli na zploštělý elipsoid .

Formace

Solární systém vytvořený z oblaku prachu, který byl alespoň částečně pozůstatek z jednoho nebo více supernov , které vytvořily těžkých prvků podle nucleosynthesis . Zrna hmoty nahromaděná elektrostatickou interakcí. Jak rostly v hmotnosti, gravitace převzala a shromažďovala ještě více hmoty, uvolňovala potenciální energii svých srážek a padala jako teplo . Protoplanetární disk také měl větší podíl radioaktivních prvků než na Zemi dnes, protože v průběhu času, tyto prvky se rozkládal. Jejich rozpad ještě více zahřál ranou Zemi a nadále přispíval do vnitřního tepelného rozpočtu Země . Počáteční Země byla tedy většinou tekutá.

Koule je jediným stabilním tvarem pro nerotující, gravitačně přitahující kapalinu. Vnější zrychlení způsobené rotací Země je větší na rovníku než na pólech (kde je nulová), takže se koule deformuje na elipsoid , který představuje tvar s nejnižší potenciální energií pro rotující tekuté těleso. Tento elipsoid je kolem rovníku o něco tlustší, než by byla dokonalá koule. Tvar Země je také mírně hrudkovitý, protože je složen z různých materiálů různé hustoty, které na objem působí mírně odlišnými gravitačními silami.

Likvidita horké, nově vytvořené planety umožňuje těžším prvkům klesnout do středu a tlačí lehčí prvky blíže k povrchu, což je proces známý jako planetární diferenciace . Tato událost je známá jako železná katastrofa ; nejhojnějšími těžšími prvky byly železo a nikl , které nyní tvoří zemské jádro .

Pozdější změny tvaru a efekty

Přestože se povrchové horniny Země dostatečně ochladily, aby ztuhly, vnější jádro planety je stále dostatečně horké, aby zůstalo tekuté. Energie se stále uvolňuje; sopečná a tektonická aktivita vytlačila kameny do kopců a hor a vyhodila je z kalder . Meteory také vytvářejí impaktní krátery a okolní hřebeny. Pokud se však uvolňování energie z těchto procesů zastaví, pak mají tendenci časem erodovat a vracet se směrem k nejnižší křivce potenciální energie elipsoidu. Počasí poháněné sluneční energií může také hýbat vodou, horninou a půdou, aby se Země mírně rozbila.

Země se vlní, protože tvar její nejnižší potenciální energie se denně mění v důsledku gravitace Slunce a Měsíce, když se pohybují vzhledem k Zemi. To je příčinou přílivu a odlivu ve vodě oceánů , která může volně proudit podél měnícího se potenciálu.

Účinky a empirické důkazy

Zhruba sférický tvar Země lze potvrdit mnoha různými typy pozorování z úrovně země, letadla a kosmické lodi. Tento tvar způsobuje řadu jevů, které by plochá Země neudělala. Některé z těchto jevů a pozorování by byly možné na jiných tvarech, jako je zakřivený disk nebo torus , ale žádný jiný tvar by všechny nevysvětlil.

Viditelnost vzdálených předmětů na zemském povrchu

Grafy vzdáleností ke skutečnému horizontu na Zemi pro danou výšku h . s je podél povrchu Země, d je vzdálenost přímky a ~ d je přibližná vzdálenost přímky za předpokladu h << poloměru Země, 6371 km. Na obrázku SVG zvýrazněte ukazatel nad grafem.

Na ploché Zemi bez překážek by samotná země nikdy nezakrývala vzdálené objekty; člověk by viděl až na kraj světa. Sférický povrch má horizont, který je blíže při pohledu z nižší nadmořské výšky. Osoba stojící na povrchu s očima 1,8 metru (5 ft 11 palců) nad zemí teoreticky vidí na zem až do vzdálenosti asi 4,79 kilometru (2,98 mi), ale osoba na vrcholu Eiffelovy věže ve výšce 273 metrů (896 ft) vidí na zem až do vzdálenosti asi 58,98 km (36,65 mi).

Tento jev umožňuje způsob, jak potvrdit, že povrch Země je lokálně konvexní: Pokud je stupeň zakřivení určen všude na povrchu Země stejný a tento povrch byl určen jako dostatečně velký, konstantní zakřivení by ukázalo, že Země je sférická . V praxi tato metoda není spolehlivá kvůli změnám atmosférického lomu , což je míra toho, jak atmosféra ohýbá světlo, které jím prochází. Refrakce může budit dojem, že povrch Země je plochý, zakřivený více konvexně než je, nebo dokonce, že je konkávní (to se stalo v různých pokusech experimentu Bedford Level ).

Fenomén variabilního atmosférického ohýbání lze pozorovat, když se vzdálené objekty zdají být rozbité na kusy nebo dokonce převrácené vzhůru nohama. To je často vidět při západu slunce, kdy je tvar Slunce zkreslený, ale byl také fotografován, jak se děje lodím, a způsobil, že se město Chicago jeví normálně, vzhůru nohama a rozbité na kusy napříč Michiganským jezerem (odkud je obvykle pod horizontem).

Když je atmosféra relativně dobře promíchaná, lze pozorovat vizuální efekty obecně očekávané od sférické Země. Například lodě, které cestují po velkých vodních plochách (jako je oceán), postupně mizí nad horizontem, takže nejvyšší část lodi je stále vidět, i když nižší části nemohou, úměrně vzdálenosti od pozorovatele. Stejně tak v dobách plachetnic šplhal námořník na stožár, aby viděl dál. Totéž platí pro pobřeží nebo hory při pohledu z lodi nebo z velkého jezera nebo plochého terénu.

Zatmění Měsíce

Stín Země na Měsíci při zatmění Měsíce je vždy temný kruh, který se pohybuje z jedné strany Měsíce na druhou (částečně ji spásá při částečném zatmění). Jediný tvar, který vrhá kulatý stín bez ohledu na to, kterým směrem je namířen, je koule a staří Řekové usoudili, že to musí znamenat, že Země je sférická.

Efekt by mohl vyvolat disk, který je při zatmění vždy čelně otočen k Měsíci, ale to je v rozporu se skutečností, že Měsíc je během zatmění jen zřídka přímo nad hlavou. Pro každé zatmění je místní povrch Země namířen jiným směrem. Stín disku drženého pod úhlem je ovál , nikoli kruh, jak je vidět při zatmění. Představa Země jako disku je také v rozporu se skutečností, že dané zatmění Měsíce je najednou viditelné pouze z poloviny Země.

Vzhled Měsíce

Měsíc se přílivově uzamkl k Zemi (vlevo) a jak by to bylo bez přílivového zámku (vpravo)

Měsíční přílivový zámek k Zemi má za následek, že Měsíc vždy ukazuje pouze jednu stranu Země (viz animovaný obrázek). Pokud by Země byla plochá a Měsíc by se vznášel nad ní, pak by se část povrchu Měsíce viditelná lidem na Zemi lišila podle umístění na Zemi, místo aby každému ukazovala identickou „tvářovou stranu“. Pokud by Země byla plochá, s Měsícem, který by se kolem ní otáčel, byl zablokován, pak by byl Měsíc viděn současně na všech místech Země najednou, ale jeho zdánlivá velikost, část obrácená k divákovi a orientace obrácené strany by se u každého diváka postupně měnila jak se jeho poloha v průběhu noci pohybovala po obloze.

Pozorování hvězd

Na dokonale sférické Zemi, bez ohledu na překážky a lom atmosféry, její povrch blokuje polovinu oblohy a pozorovatel je blízko povrchu. Odklon od povrchu Země znamená, že země blokuje stále méně oblohy. Například při pohledu z Měsíce Země blokuje pouze malou část oblohy, protože je tak vzdálená. Tento efekt geometrie znamená, že při pohledu z vysoké hory blokuje plochá země nebo oceán méně než 180 ° oblohy. S předpokladem sférické Země expedice pověřená kalifem al-Ma'munem použila tuto skutečnost k výpočtu obvodu Země do vzdálenosti 7 920 kilometrů (4 920 mi) od správné hodnoty kolem 40 000 kilometrů (25 000 mi) a možná stejně přesně jako 180 kilometrů (110 mi). Rychlost změny úhlu blokovaného Zemí při zvyšování nadmořské výšky by byla u disku odlišná než u koule. Množství zablokovaného povrchu by se lišilo pro horu blízko okraje ploché Země ve srovnání s horou uprostřed ploché Země, ale toto není pozorováno. Průzkumy z celé Země ukazují, že její tvar je všude lokálně konvexní, což potvrzuje, že je velmi blízko sférickému.

Pozorování určitých pevných hvězd z různých míst

Mezi stálice lze prokázat, že je velmi daleko od denních paralaxy měření. Taková měření nevykazují žádné posuny v pozicích hvězd. Na rozdíl od Slunce, Měsíce a planet nemění svou vzájemnou polohu během lidských životů; tvary souhvězdí jsou konstantní. To z nich činí praktické referenční pozadí pro určování tvaru Země. Přidání měření vzdálenosti na zemi umožňuje výpočet velikosti Země.

Skutečnosti, že různé hvězdy jsou viditelné z různých míst na Zemi, si všimli už ve starověku. Aristoteles napsal, že některé hvězdy jsou viditelné z Egypta, které nejsou viditelné z Evropy. To by nebylo možné, kdyby Země byla plochá.

Pokud je hvězda viditelná, má hvězda nad horizontem nadmořskou výšku. Pozorování stejné hvězdy současně ze dvou různých zeměpisných šířek dává dvě různé nadmořské výšky. Pomocí geometrie umožňují dvě nadmořské výšky spolu se vzdáleností mezi těmito dvěma místy vypočítat velikost Země. Pomocí pozorování na Rhodosu (v Řecku) a Alexandrii (v Egyptě) a vzdálenosti mezi nimi starověký řecký filozof Posidonius použil tuto techniku ​​k výpočtu obvodu planety v rozsahu možná 4% správné hodnoty. Moderní ekvivalenty jeho měrných jednotek nejsou přesně známy, takže není jasné, jak přesné jeho měření bylo.

Pozorování souhvězdí na severní a jižní polokouli v různých ročních obdobích

Skutečnost, že se hvězdy viditelné ze severního a jižního pólu nepřekrývají, musí znamenat, že dvě pozorovací místa jsou na opačných stranách Země, což není možné, pokud je Země jednostranným diskem, ale je to možné u jiných tvarů (jako koule, ale také jakýkoli jiný konvexní tvar jako kobliha nebo činka).

Severní pól je v nepřetržitém noc po dobu šesti měsíců v roce. Stejná hemisféra hvězd (pohled 180 °) je vždy viditelná, když je tma, každých 24 hodin provede jednu rotaci proti směru hodinových ručiček. Hvězda Polaris („Severní hvězda“) je téměř přímo nad hlavou, a proto je ve středu této rotace. Mezi 88 viditelných moderních souhvězdí patří Ursa Major (včetně Velkého vozu ), Cassiopeia a Andromeda . V ostatních šesti měsících roku je severní pól v nepřetržitém denním světle a světlo ze Slunce stíní hvězdy . Tento jev a jeho analogické efekty na jižním pólu jsou tím, co definuje dva póly. Více než 24 hodin nepřetržitého denního světla se může vyskytovat pouze severně od polárního kruhu a jižně od antarktického kruhu .)

Na jižním pólu je během šesti měsíců nepřetržité noci vidět úplně jiný soubor souhvězdí, včetně Oriona , Cruxe a Kentaura . Tato 180 ° polokoule hvězd se otáčí ve směru hodinových ručiček jednou za 24 hodin kolem bodu přímo nad hlavou, kde se náhodou žádné zvlášť jasné hvězdy nenacházejí.

Z jakéhokoli bodu na rovníku jsou všechny hvězdy viditelné kdekoli na Zemi v ten den viditelné v průběhu noci, když se obloha otáčí kolem čáry vedené od severu k jihu. Při pohledu na východ jsou hvězdy viditelné ze severního pólu vlevo a hvězdy viditelné z jižního pólu vpravo. To znamená, že rovník musí být obrácen v úhlu 90 ° od pólů.

Směr, ke kterému směřuje jakýkoli mezilehlý bod na Zemi, lze také vypočítat měřením úhlů pevných hvězd a určením toho, jak velká část oblohy je viditelná. Například New York City je asi 40 ° severně od rovníku. Zdánlivý pohyb Slunce blokuje ze dne na den mírně odlišné části oblohy, ale v průběhu celého roku vidí kupoli 280 ° (360 ° - 80 °). Například Orion a Big Dipper jsou viditelné alespoň po část roku.

Provádění hvězdných pozorování z reprezentativní sady bodů po celé Zemi v kombinaci se znalostí nejkratší vzdálenosti na zemi mezi jakýmikoli dvěma danými body činí z přibližné koule jediný možný tvar Země.

Pozorování Slunce

Na ploché Zemi by Slunce, které září všemi směry, osvětlilo celý povrch ve stejnou dobu a všechna místa by zažila východ a západ slunce na obzoru přibližně ve stejnou dobu. U sférické Země je polovina planety v daném čase na denním světle a druhá polovina zažívá noc. Když je dané místo na sférické Zemi ve slunečním světle, jeho antipod - umístění přesně na opačné straně Země - je ve tmě. Sférický tvar Země způsobuje, že Slunce vychází a zapadá v různých časech na různých místech a různá místa získávají každý den jiné množství slunečního světla.

Aby vysvětlili den a noc, časová pásma a roční období, někteří teoretici ploché Země navrhují, aby Slunce nevyzařovalo světlo všemi směry, ale aby působilo spíše jako bodové světlo, osvětlovalo pouze část ploché Země najednou. Tato teorie není v souladu s pozorováním: Při východu a západu slunce by bodové slunce bylo alespoň trochu na obloze, spíše než na horizontu, kde je vždy skutečně pozorováno. Bodové slunce by se také objevovalo v různých úhlech na obloze vzhledem k rovné zemi než vůči zakřivené zemi. Za předpokladu, že se světlo šíří po přímkách, skutečná měření úhlu Slunce na obloze z míst velmi vzdálených od sebe navzájem jsou v souladu pouze s geometrií, kde je Slunce velmi daleko a je vidět z denního světla poloviny sférické Země. Tyto dva jevy spolu souvisejí: Bodové světlo v nízké výšce by Slunce strávilo většinu dne blízko obzoru pro většinu míst na Zemi, což není pozorováno, ale stoupá a zapadá poměrně blízko obzoru. Slunce ve vysoké nadmořské výšce by strávilo více dne mimo horizont, ale vycházelo a zapadalo poměrně daleko od horizontu, což také není pozorováno.

Změna délky dne

Na ploché Zemi se všesměrovým Sluncem by všechna místa zažívala každý den stejné množství denního světla a všechna místa by dostávala denní světlo ve stejnou dobu. Skutečná délka dne se značně liší, přičemž místa blíže k pólům získávají v létě velmi dlouhé dny a v zimě velmi krátké dny, přičemž severní léto se děje ve stejnou dobu jako jižní zima. Místa severně od polárního kruhu a jižně od antarktického kruhu nedostávají žádné sluneční světlo alespoň jeden den v roce a 24 hodinové sluneční světlo alespoň jeden den v roce. Oba póly zažívají sluneční světlo po dobu 6 měsíců a tma po dobu 6 měsíců, v opačných dobách.

Pohyb denního světla mezi severní a jižní polokoulí se děje kvůli axiálnímu náklonu Země. Pomyslná čára, kolem které se Země otáčí, která jde mezi severním a jižním pólem, je nakloněna asi 23 ° od oválu, který popisuje její oběžnou dráhu kolem Slunce. Země vždy ukazuje stejným směrem, jako se pohybuje kolem Slunce, takže po dobu půl roku ( léto na severní polokouli) je severní pól mírně směřován ke Slunci a udržuje ho po celý den na denním světle, protože Slunce svítí polovina Země, která je obrácena k ní (a severní pól je vždy v té polovině kvůli náklonu). V druhé polovině oběžné dráhy je jižní pól mírně nakloněn ke Slunci a na severní polokouli je zima . To znamená, že na rovníku Slunce není přímo nad hlavou v poledne, s výjimkou kolem března a rovnodennosti září , kdy jeden bod na rovníku je zaměřeno přímo na Slunce

Délka dne za polárními kruhy

Délka dne se mění, protože jak se Země otáčí, některá místa (v blízkosti pólů) procházejí pouze krátkou křivkou poblíž horní nebo dolní části poloviny slunečního světla; jiná místa (poblíž rovníku) cestují po mnohem delších křivkách středem. Na místech těsně mimo polární kruhy existují uprostřed léta takzvané „bílé noci“, kdy slunce v červnu není nikdy více než několik stupňů pod horizontem, takže od západu do východu slunce přetrvává jasný soumrak. V Rusku tento fenomén využívá Petrohrad ve svém turistickém marketingu.

Délka soumraku

Delší soumraky jsou pozorovány ve vyšších zeměpisných šířkách (v blízkosti pólů) kvůli mělčímu úhlu zjevného pohybu Slunce ve srovnání s horizontem. Na ploché Zemi by stín Slunce dosáhl do horní atmosféry velmi rychle, s výjimkou blízkého okraje Země, a vždy by stál ve stejném úhlu k zemi (což není to, co je pozorováno).

Délka soumraku by se na ploché Zemi velmi lišila. Na kulaté Zemi je atmosféra nad zemí chvíli osvětlena před východem slunce a po západu slunce jsou pozorovány na úrovni země, protože Slunce je stále viditelné z vyšších nadmořských výšek.

Teorie „bodového slunce“ také není v souladu s tímto pozorováním, protože vzduch nelze osvětlit, aniž by byla osvětlena i země pod ním (kromě stínů hor, výškových výšek a dalších povrchových překážek).

Pozorování slunečního světla před nebo po spatření Slunce

Je možné vidět sluncem osvětlená okna blízkých výškových budov z úrovně země několik minut před viděním východu slunce nebo po západu slunce. Na nezakřivené, ploché půdě by to vzhledem k nepatrnému poměru trvalo jen několik sekund (srovnání ~ 45 metrů / 150 stop 14patrové budovy s mezikontinentálními vzdálenostmi). Pokud by takový jev byl způsoben prizmatickou vlastností atmosféry v plochém světě s relativně malým zdrojem světla obíhajícím kolem Země (jako později, mapy ploché Země datované do roku 1800 ), bylo by to v rozporu se schopností člověka vidět pořádné panorama hvězdné oblohy v noci, spíše než její malá, ale zkreslená, „roztažená“ skvrna. Stejně tak je vrchol hory osvětlen před východem slunce a po západu slunce, stejně jako mraky.

Místní sluneční čas a časová pásma

Starověké měření času počítalo s „polednem“ jako denní dobou, kdy je Slunce na obloze nejvýše, přičemž ostatní hodiny v tomto dni byly naměřeny proti tomu. Během dne lze zdánlivý sluneční čas měřit přímo pomocí slunečních hodin . Ve starověkém Egyptě dělily první známé sluneční hodiny den na 12 hodin, ale protože se délka dne měnila s ročním obdobím, změnila se i délka hodin. V renesanci se objevily sluneční hodiny, které definovaly hodiny jako vždy stejně dlouhé . V západní Evropě se ve středověku používaly hodinové věže a pozoruhodné hodiny, aby lidé v okolí měli přehled o místním čase, i když ve srovnání s moderní dobou to bylo v převážně agrární společnosti méně důležité.

Protože Slunce dosahuje svého nejvyššího bodu v různých časech pro různé zeměpisné délky (asi čtyři minuty času pro každý stupeň rozdílu zeměpisné délky na východě nebo na západě), místní sluneční poledne v každém městě je jiné, kromě těch, která se nacházejí přímo na severu nebo na jihu od sebe. To znamená, že hodiny v různých městech by mohly být vzájemně posunuty o minuty nebo hodiny. Jak se hodiny staly přesnějšími a díky industrializaci byla časomíra důležitější, přešla města na sluneční čas , který kvůli eliptické povaze oběžné dráhy Země a jejímu naklonění ignoruje drobné odchylky v načasování místního slunečního poledne v průběhu roku.

Rozdíly v hodinovém čase mezi městy nebyly obecně problémem až do příchodu železničního cestování v 19. století, které díky cestování mezi vzdálenými městy bylo mnohem rychlejší než pěšky nebo na koni, a také vyžadovalo, aby se cestující dostavili v určitých časech, aby se setkali se svými požadované vlaky. Ve Spojeném království železnice postupně přešla na greenwichský čas (nastavený od místního času na observatoři Greenwich v Londýně), následovaly veřejné hodiny po celé zemi a obecně tvořily jediné časové pásmo. Ve Spojených státech železnice publikovaly jízdní řády na základě místního času, později na základě standardního času pro tuto železnici (typicky místního času v sídle železnice) a nakonec na základě čtyř standardních časových pásem sdílených napříč všemi železnicemi, kde sousední zóny lišil přesně o jednu hodinu. Nejprve byl čas na železnici synchronizován přenosnými chronometry a později telegrafními a rádiovými signály.

San Francisco má 122,41 ° západní délky a Richmond ve Virginii 77,46 ° západní délky. Oba jsou asi na 37,6 ° severní šířky (± 0,2 °). Rozdíl přibližně 45 ° zeměpisné délky znamená například 180 minut neboli 3 hodiny času mezi západy slunce v těchto dvou městech. San Francisco je v tichomořském časovém pásmu a Richmond ve východním časovém pásmu, které jsou od sebe vzdáleny tři hodiny, takže místní hodiny v každém městě ukazují, že slunce při použití místního časového pásma zapadá přibližně ve stejnou dobu. Ale telefonát z Richmondu do San Franciska při západu slunce odhalí, že v Kalifornii zbývají ještě tři hodiny denního světla.

Určení velikosti Země Eratosthenem

Sluneční paprsky jsou zobrazeny jako dva paprsky dopadající na zem v Syene a Alexandrii. Úhel mezi slunečním paprskem a gnomonem (svislý pól) v Alexandrii umožnil Eratosthenesovi odhadnout obvod Země

Za předpokladu, že je Slunce velmi daleko, provedl starověký řecký geograf Eratosthenes experiment s využitím rozdílů pozorovaného úhlu Slunce ze dvou různých míst k výpočtu obvodu Země. Ačkoli moderní telekomunikace a časomíra nebyly k dispozici, dokázal zajistit, aby měření probíhala současně, a to tak, že je nechala provést v době, kdy bylo Slunce na obloze nejvyšší (místní poledne). S použitím mírně nepřesných předpokladů o umístění dvou měst došel k výsledku do 15% správné hodnoty.

Určení tvaru Země

V daný den, pokud mnoho různých měst měří úhel Slunce v poledne, výsledná data v kombinaci se známými vzdálenostmi mezi městy ukazují, že Země má 180 stupňů severojižního zakřivení. (Pokud je zahrnut severní a jižní pól, bude pozorován celý rozsah úhlů a zvolený den je buď podzimní nebo jarní rovnodennost.) To je v souladu s mnoha zaoblenými tvary, včetně koule, a je v rozporu s plochým tvarem .

Někteří tvrdí, že tento experiment předpokládá velmi vzdálené Slunce, takže přicházející paprsky jsou v podstatě rovnoběžné, a pokud se předpokládá plochá Země, že naměřené úhly mohou člověku umožnit vypočítat vzdálenost ke Slunci, která musí být dostatečně malá, aby její přicházející paprsky nejsou příliš paralelní. Pokud jsou však do experimentu zahrnuta více než dvě relativně dobře oddělená města, výpočet objasní, zda je Slunce vzdálené nebo poblíž. Například na rovnodennosti úhel 0 stupňů od severního pólu a úhel 90 stupňů od rovníku předpovídají Slunce, které by muselo být umístěno v podstatě vedle povrchu ploché Země, ale rozdíl v úhlu mezi rovníkem a New York City by předpovídalo Slunce mnohem dál, pokud je Země plochá. Protože jsou tyto výsledky rozporuplné, nemůže být povrch Země plochý; data jsou místo toho v souladu s téměř sférickou Zemí a Sluncem, které je ve srovnání s průměrem Země velmi daleko.

Povrchová obeplutí

Od roku 1500 mnoho lidí plulo nebo létalo po celém světě všemi směry a nikdo neobjevil hranu nebo neproniknutelnou bariéru. (Viz Circumnavigation , Arctic exploration , and History of Antarctica .)

Některé teorie ploché planety, které navrhují svět, jsou disky se středem na severním pólu, pojímající Antarktidu jako neproniknutelnou ledovou stěnu, která obklopuje planetu a skrývá jakékoli hrany. Tento model disku vysvětluje obeplutí východu a západu jako prostý pohyb po disku v kruhu. (Cesty východ-západ tvoří kruh jak v kotoučové, tak v sférické geometrii.) V tomto modelu je možné přejet severní pól, ale nebylo by možné provést obeplutí zahrnující jižní pól (který podle jeho názoru neexistuje) ).

Polární kruh je zhruba 16 000 km dlouhý, stejně jako Antarktický kruh. „Skutečná obeplutí“ Země je definována, aby odpovídala tvaru Země, byla asi 2,5krát delší, včetně překročení rovníku, na přibližně 40 000 km (25 000 mi). U modelu ploché Země by poměry vyžadovaly, aby byl Antarktický kruh 2,5krát delší než obeplutí, neboli 2,5 × 2,5 = 6,25násobek délky polárního kruhu.

Průzkumníci, vládní výzkumníci, komerční piloti a turisté byli na Antarktidě a zjistili, že to není velký prsten, který obklopuje celý svět, ale ve skutečnosti jde o hrubě diskovitý kontinent menší než Jižní Amerika, ale větší než Austrálie s interiérem, který lze ve skutečnosti projet, aby bylo možné absolvovat kratší cestu např. z cípu Jižní Ameriky do Austrálie, než by bylo možné na disku.

Prvním pozemním přechodem celé Antarktidy byla Transantarktická expedice společenství v letech 1955–1958 a od té doby mnoho průzkumných letadel prošlo kontinentem různými směry.

Zkreslení mřížky na kulovém povrchu

Diagram ukazující, jak se vnitřní úhly trojúhelníků sčítají až asi 180 ° při vykreslení na malé, téměř ploché oblasti Země, ale sčítají až více než 180 ° (v tomto případě 230 °) při vykreslení na velké ploše se značným zakřivení

Poledník z délky je linie, kde se vyskytuje místní sluneční poledne každý den ve stejnou dobu. Tyto čáry definují „sever“ a „jih“. Ty jsou kolmé na zeměpisné šířky, které definují „východ“ a „západ“, kde je Slunce v poledne ve stejný den ve stejném úhlu. Pokud by Slunce cestovalo z východu na západ po ploché Zemi, poledníkové čáry by byly vždy ve stejné vzdálenosti od sebe - v kombinaci s zeměpisnými šířkami by tvořily čtvercovou mřížku. Ve skutečnosti se poledníkové čáry od sebe vzdalují a cestují směrem k rovníku, což je možné pouze na kulaté Zemi. V místech, kde je půda zakreslena do mřížkového systému, to způsobí nespojitosti v síti. Například v oblastech středozápadních Spojených států, které používají systém veřejného průzkumu půdy , se nejsevernější a nejzápadnější části městečka odchylují od toho, co by jinak byla přesná čtvereční míle. Výsledné nespojitosti se někdy projevují přímo na místních komunikacích, které mají zalomení, kde mřížka nemůže sledovat úplně rovné čáry.

Mercatorova projekce má příklady zkreslení velikosti.

Sférické vs. ploché trojúhelníky

Protože je Země sférická, cestování na dlouhé vzdálenosti někdy vyžaduje směřování do jiných směrů, než by se dalo na ploché Zemi. Uvažujme například o letadle, které urazí rovných 10 000 kilometrů (6 200 mil), otočí se o 90 stupňů doprava, urazí dalších 10 000 kilometrů (6 200 mi), otočí o dalších 90 stupňů doprava a najede 10 000 kilometrů (6 200) mi) potřetí. Na ploché Zemi by letadlo cestovalo po třech stranách čtverce a dorazilo by na místo asi 10 000 kilometrů (6 200 mi) od místa, kde začalo. Ale protože Země je sférická, ve skutečnosti bude cestovat po třech stranách trojúhelníku a dorazí zpět velmi blízko svého výchozího bodu. Pokud je výchozím bodem severní pól, cestoval by přímo na jih od severního pólu k rovníku, pak čtvrtinu cesty kolem Země na západ a pak přímo na sever zpět k severnímu pólu.

Ve sférické geometrii je součet úhlů uvnitř trojúhelníku větší než 180 ° (v tomto případě 270 °, když se vrátil na severní pól v úhlu 90 ° k odletové dráze) na rozdíl od rovného povrchu, kde je vždy přesně 180 °.

Meteorologické systémy

Nízkotlaké povětrnostní systémy s vnitřními větry (například hurikán ) se točí proti směru hodinových ručiček severně od rovníku, ale ve směru hodinových ručiček jižně od rovníku. To je způsobeno Coriolisovou silou a vyžaduje, aby (za předpokladu, že jsou k sobě připojeny a otáčejí se stejným směrem) byla severní a jižní polovina Země skloněna v opačných směrech (např. Sever směřuje k Polarisu a jihu směřuje od něj).

Gravitace

Zákony gravitace , chemie a fyziky, které vysvětlují vznik a zaoblení Země, jsou dobře vyzkoušeny experimentem a úspěšně aplikovány na mnoho technických úkolů.

Z těchto zákonů víme množství hmoty, které Země obsahuje, a to, že nesférická planeta o velikosti Země by se nedokázala udržet proti vlastní gravitaci. Disk o velikosti Země by například pravděpodobně praskl, zahřál se, zkapalnil a znovu by se zformoval do zhruba sférického tvaru. Na disku dostatečně silném, aby udrželo svůj tvar, by gravitace netáhla směrem dolů vzhledem k povrchu, ale táhla by směrem ke středu disku, na rozdíl od toho, co je pozorováno na rovném terénu (a což by vytvářelo velké problémy s prouděním oceánů směrem k střed disku).

Ignorující ostatní starosti, někteří teoretici ploché Země vysvětlují pozorovanou „gravitaci“ povrchu tím, že navrhují, aby plochá Země neustále zrychlovala směrem nahoru. Taková teorie by také ponechala otevřené pro vysvětlení přílivů a odlivů pozorovaných v pozemských oceánech, které jsou obvykle vysvětlovány gravitací vyvíjenou Sluncem a Měsícem.

Důkazy založené na moderní technologii

Pozorování Foucaultových kyvadel , populárních ve vědeckých muzeích po celém světě, ukazuje, že svět je sférický a že se otáčí (nikoli že se kolem něj otáčejí hvězdy).

Matematika navigace pomocí satelitů Global Positioning System (GPS) předpokládá, že se pohybují po známých oběžných drahách kolem přibližně sférické plochy. Přesnost GPS navigace při určování zeměpisné šířky a délky a způsob mapování těchto čísel na místa na zemi ukazují, že tyto předpoklady jsou správné. Totéž platí pro operační systém GLONASS provozovaný Ruskem a evropským Galileem , čínským BeiDou a indickým IRNSS ve vývoji .

Satelity, včetně komunikačních satelitů používaných pro televizní, telefonní a internetové připojení, by na oběžné dráze nezůstaly, pokud by nebyla moderní teorie gravitace správná. Podrobnosti o tom, které satelity jsou viditelné, ze kterých míst na zemi, ve kterých časech, dokládají přibližně sférický tvar Země. (Podmořské kabely se také používají pro mezikontinentální komunikaci.)

Rádiové vysílače jsou namontovány na vysokých věžích, protože se obecně spoléhají na šíření přímé viditelnosti . Vzdálenost k obzoru je ve vyšší nadmořské výšce dále, takže jejich vyšší umístění výrazně zvyšuje plochu, kterou mohou obsluhovat. Některé signály mohou být přenášeny na mnohem delší vzdálenosti, ale pouze v případě, že jsou na frekvencích, kde mohou využít groundwave šíření , troposférického šíření , troposférickými nebo ionosférické šíření odrážet nebo lámat signály kolem křivky Země.

Rovníkové držáky umožňují astronomovi zaměřit dalekohled na stejný nebeský objekt na delší dobu a přitom snadno kompenzovat rotaci Země. Osa rovníkového držáku je při pozorování hvězd na zemském rovníku rovnoběžná s povrchem Země - ale kolmá k němu při pozorování z jednoho ze zemských pólů. Rovníkové držáky byly vyvinuty speciálně pro sférickou a rotující Zemi.

Architektura. Opět pozorování západu slunce výtahem

Na rovné zemi je rozdíl ve vzdálenosti k horizontu mezi vleže a vstáváním dostatečně velký na to, aby sledoval zapadající slunce dvakrát tím, že se rychle postaví ihned poté, co ho poprvé uviděl zapadnout. To lze také provést pomocí sběrače třešní nebo vysoké budovy s rychlým výtahem. Na ploché Zemi nebo výrazně velkém plochém segmentu by člověk nemohl vidět Slunce znovu (pokud by nestál poblíž okraje nejblíže Slunci) kvůli mnohem rychleji se pohybujícímu slunečnímu stínu.

Návrh některých velkých struktur musí brát v úvahu tvar Země. Například věže Humberova mostu , přestože jsou obě svislé vzhledem k gravitaci, jsou kvůli místnímu zakřivení od sebe nahoře o 36 mm (1,4 palce) dále než dole.

Letadla a kosmické lodě

Lidé ve vysoko létajících letadlech nebo parašutismu z vysokohorských balónů jasně vidí zakřivení Země. Komerční letadla nemusí nutně létat dostatečně vysoko, aby to bylo zřejmé. Pokus o měření zakřivení horizontu pořízením obrázku je komplikován skutečností, že objektivy fotoaparátů mohou vytvářet zkreslené obrázky v závislosti na použitém úhlu. Extrémní verzi tohoto efektu lze vidět na objektivu typu rybí oko . Vědecká měření by vyžadovala pečlivě kalibrovanou čočku.

Nejrychlejší způsob, jak může letadlo cestovat mezi dvěma vzdálenými body, je velká kruhová trasa . Tato trasa se zobrazuje jako zakřivená na jakékoli mapě kromě jedné pomocí gnomonické projekce .

Fotografie země pořízené z letadel na dostatečně velké ploše také nesedí hladce na rovný povrch, ale hodí se na zhruba sférický povrch. Letecké snímky velkých ploch musí být opraveny, aby odpovídaly zakřivení.

Satelity vypuštěné různými vládami a soukromými organizacemi pořídily mnoho snímků celé Země. Z vysokých oběžných drah, kde je vidět polovina planety najednou, je zcela sférická. Jediným způsobem, jak seskupit všechny snímky pořízené ze země z nižších oběžných drah tak, aby se všechny povrchové prvky seřadily hladce a bez zkreslení, je umístit je na přibližně sférický povrch.

Astronauti na nízké oběžné dráze Země mohou osobně vidět zakřivení planety a cestovat několikrát denně. Astronauti, kteří cestovali na Měsíc, viděli celou polovinu obrácenou k Měsíci najednou a mohou sledovat rotaci koule jednou denně (přibližně; Měsíc se také pohybuje vzhledem k Zemi).

Když nadzvukový Concorde vzlétl nedlouho po západu slunce z Londýna a odletěl na západ do New Yorku, letadlo překonalo zdánlivý pohyb Slunce na západ, a proto cestující na palubě pozorovali při západu slunce vycházející na západě. Po přistání v New Yorku sledovali cestující druhý západ slunce na západě.

Graf zeměpisné šířky vs tangenciální rychlosti. Přerušovaná čára ukazuje příklad Kennedyho vesmírného střediska . Tečkovaná čára označuje typickou cestovní rychlost letadla .

Protože je rychlost slunečního stínu v polárních oblastech pomalejší (kvůli strmějšímu úhlu), může při letu ve vysokých zeměpisných šířkách i podzvukové letadlo předjet západ slunce. Jeden fotograf použil zhruba kruhovou trasu kolem severního pólu k pořízení 24 západů slunce ve stejném 24hodinovém období, přičemž v každém časovém pásmu zastavil postup na západ, aby stín Slunce dohnal. Povrch Země se otáčí rychlostí 180,17 mil za hodinu (289,96 km/h) při 80 ° severně nebo jihu a 1 040,4 míle za hodinu (1 674,4 km/h) na rovníku.

Dějiny

Starověk

Ačkoli nejstarší písemná zmínka o sférické Zemi pochází ze starověkých řeckých zdrojů, neexistuje žádný popis toho, jak byla sférická Země objevena. Pravděpodobné vysvětlení, které podal historik Otto E. Neugebauer, je, že to byla „zkušenost cestovatelů, která navrhla takové vysvětlení pro změnu pozorovatelné výšky pólu a změnu oblasti okolních hvězd, změnu, která byla docela drastické mezi řeckými osadami „kolem východního Středozemního moře , zejména mezi deltou Nilu a Krymem .

Další možné vysvětlení lze vysledovat k dřívějším fénickým námořníkům. První obeplutí z Afriky je popsán jako prováděné fénickýma badatelů zaměstnaných egyptského faraon Necho II c. 610–595 př. N. L. V dějinách , písemných 431-425 před naším letopočtem, Hérodotos zpochybnit na základě zprávy Slunce svítí pozorované ze severu. Uvedl, že tento jev byl pozorován fénickými průzkumníky během jejich obeplutí Afriky ( The Histories , 4.42), kteří tvrdili, že měli Slunce po pravé straně, když obepluli ve směru hodinových ručiček. Moderním historikům tyto detaily potvrzují pravdivost zprávy Féničanů. Historik Dmitri Panchenko teoretizuje, že to bylo fénické obeplutí Afriky, které inspirovalo teorii sférické Země, nejranější zmínku o tom udělal filozof Parmenides v 5. století před naším letopočtem. Z jejich znalostí geografie a navigace se však nic jistého nezachovalo, což znamená, že nemáme žádný důkaz, že by Zemi pojali jako sférickou.

Řecký a helénistický svět

Pythagoras

Raní řečtí filozofové se zmiňovali o sférické Zemi, i když s určitou nejasností. Pythagoras (6. století př. N. L.) Byl mezi těmi, o nichž se říkalo, že tuto myšlenku vytvořili, ale to by mohlo odrážet starověkou řeckou praxi připisovat každý objev jednomu nebo druhému z jejich starověkých mudrců. Zdá se, že Parmenidovi i Empedoklovi byla v 5. století př. N. L. Známa nějaká představa o sférickosti Země , a přestože tuto myšlenku nelze spolehlivě připsat Pythagorovi, přesto mohla být formulována v pythagorské škole v 5. století př. N. L. i když někteří nesouhlasí. Po 5. století př. N. L. Si žádný řecký spisovatel pověsti nemyslel, že by svět byl jen kulatý.

Platón

Platón (427–347 př. N. L.) Odcestoval do jižní Itálie studovat pythagorejskou matematiku . Když se vrátil do Athén a založil svou školu, Platón také učil své studenty, že Země je koule, ačkoli nenabídl žádné ospravedlnění. „Jsem přesvědčen, že Země je kulaté těleso uprostřed nebes, a proto nepotřebuje vzduch ani žádnou podobnou sílu, aby byla oporou“. Pokud by se člověk mohl vznášet vysoko nad mraky, Země by se podobala „jedné z těch koulí, které mají kožené potahy ve dvanácti kusech, a je pokryta různými barvami, z nichž barvy používané malíři na Zemi jsou svým způsobem vzorky“. V Timaeovi , jeho jediném díle, které bylo k dispozici po celý středověk v latině, jsme se dočetli, že Stvořitel „vytvořil svět v podobě zeměkoule, kulaté jako z soustruhu, která má své extrémy v každém směru stejně vzdálené od středu, nejdokonalejší a nejpodobnější ze všech postav “, ačkoli slovo„ svět “zde označuje nebe.

Aristoteles
Kulatá zemská umbra během zatmění měsíce srpna 2008

Aristoteles (384–322 př. N. L.) Byl Platónovým studentem a „myslí školy“. Aristoteles poznamenal, že „ v Egyptě a [...] na Kypru jsou vidět hvězdy, které nejsou vidět v severních oblastech“. Protože k tomu mohlo dojít pouze na zakřiveném povrchu, věřil také, že Země je koule „žádné velké velikosti, protože jinak by účinek tak mírné změny místa nebyl rychle patrný“. ( De caelo , 298a2–10)

Aristoteles poskytl fyzické a pozorovací argumenty podporující myšlenku sférické Země:

  • Každá část Země směřuje ke středu, dokud pomocí komprese a konvergence nevytvoří kouli. ( De caelo , 297a9–21)
  • Cestovatelé jdoucí na jih vidí jižní souhvězdí stoupat výše nad horizont; a
  • Stín Země na Měsíci během zatmění Měsíce je kulatý. ( De caelo , 297b31–298a10).

Aristotelovo dílo prostupovalo pojmy symetrie, rovnováhy a cyklického opakování. Ve své meteorologii rozdělil svět na pět klimatických pásem: dvě mírné oblasti oddělené bouřlivou zónou poblíž rovníku a dvě studené nehostinné oblasti, „jedna poblíž našeho horního nebo severního pólu a druhá poblíž ... jižního pólu“ neproniknutelné a opásané ledem ( Meteorologica , 362a31–35). Přestože v chladných oblastech nemohli přežít žádní lidé, mohli existovat obyvatelé jižních mírných oblastí.

Aristotelova teorie přirozeného místa spoléhala na sférickou Zemi, aby vysvětlila, proč těžké věci klesají dolů (směrem k tomu, o čem Aristoteles věřil, že je středem vesmíru), a věci jako vzduch a oheň stoupají nahoru. V tomto geocentrickém modelu byla struktura vesmíru považována za řadu dokonalých sfér. Věřilo se, že Slunce, Měsíc, planety a pevné hvězdy se pohybují po nebeských sférách kolem nehybné Země.

Ačkoli Aristotelova teorie fyziky přežila v křesťanském světě po mnoho století, heliocentrický model byl nakonec ukázán jako správnější vysvětlení sluneční soustavy než geocentrický model a atomová teorie se ukázala být správnějším vysvětlením povahy hmota než klasické prvky jako země, voda, vzduch, oheň a éter.

Archimedes

V tvrzení 2 první knihy jeho pojednání „O plovoucích tělech“ Archimedes ukazuje, že „povrch jakékoli tekutiny v klidu je povrch koule, jejíž střed je stejný jako na Zemi“. Následně v propozicích 8 a 9 stejné práce předpokládá výsledek tvrzení 2, že Země je koule a že povrch tekutiny na ní je koule se středem na středu Země.

Eratosthenes

Eratosthenes , helénistický astronom z Kyrenaiky (276–194 př. N. L.), Odhadl obvod Země kolem roku 240 př . N. L. A vypočítal hodnotu 252 000 stupňů . Délka, kterou Eratosthenes zamýšlel pro 'stade', není známa, ale jeho postava má chybu jen kolem jednoho až patnácti procent. Eratosthenes mohl změřit obvod Země pouze za předpokladu, že vzdálenost ke Slunci je tak velká, že sluneční paprsky jsou prakticky rovnoběžné .

1700 let po Eratosthenesovi, Kryštof Kolumbus studoval Eratosthenesovy nálezy, než odplul na západ do Indie. Nakonec však Eratosthenese odmítl ve prospěch jiných map a argumentů, které interpretovaly obvod Země jako o třetinu menší, než ve skutečnosti je. Pokud by místo toho Kolumbus přijal Eratosthenesova zjištění, možná by se nikdy nedostal na západ, protože neměl zásoby ani finance potřebné pro mnohem delší cestu na více než osm tisíc mil.

Seleucus Seleucia

Seleucus Seleucia (c. 190 př.nl), který žil ve městě Seleucie v Mezopotámii , napsal, že Země je kulovitý (a vlastně obíhá Slunce , ovlivněn heliocentrické teorie o Aristarchus Samos ).

Posidonius

Posidonius (c. 135 - 51 př. N. L.) Věřil v Eratosthenovu metodu, ale pozorováním hvězdy Canopus , spíše než Slunce, při určování obvodu Země. V Ptolemaiově Geographii byl jeho výsledek zvýhodněn před Eratosthenem. Posidonius dále vyjádřil vzdálenost Slunce v poloměrech Země.

římská říše

Myšlenka sférické Země se pomalu rozšířila po celém světě a nakonec se stala přijatým pohledem ve všech hlavních astronomických tradicích.

Na Západě přišla k Římanům myšlenka zdlouhavým procesem vzájemného oplodnění s helénistickou civilizací . Mnoho římských autorů, jako je Cicero a Plinius, ve svých dílech odkazuje na rotunditu Země jako na samozřejmost. Plinius také zvažoval možnost nedokonalé koule „ve tvaru šišky“.

Když je loď na obzoru, její spodní část je zakryta zakřivením Země. To byl jeden z prvních argumentů upřednostňujících model kulaté Země.
Strabo

Bylo navrženo, že námořníci pravděpodobně poskytli první pozorovací důkaz, že Země není plochá, na základě pozorování horizontu . Tento argument předložil geograf Strabo (asi 64 př. N. L. - 24 n. L.), Který navrhl, že sférický tvar Země byl pravděpodobně znám námořníkům kolem Středozemního moře přinejmenším od doby Homérovy , přičemž citoval linii z Odyssey naznačuje, že básník Homer o tom věděl již v 7. nebo 8. století před naším letopočtem. Strabo citoval různé jevy pozorované na moři jako naznačující, že Země je sférická. Všiml si, že zvýšená světla nebo oblasti pevniny byly pro námořníky viditelné na větší vzdálenosti než ty méně vyvýšené, a uvedl, že za to zjevně může zakřivení moře.

Claudius Ptolemaios
Tištěná mapa z 15. století zobrazující Ptolemaiový popis Ekumeny (1482, Johannes Schnitzer, rytec).

Claudius Ptolemaios (90–168 n. L.) Žil v Alexandrii , centru vzdělanosti ve 2. století. V Almagestu , který zůstal standardní prací astronomie na 1400 let, předložil mnoho argumentů pro sférickou povahu Země. Mezi nimi bylo pozorování, že když se loď plaví směrem k horám , pozorovatelé si všimnou, že se zdají stoupat z moře, což naznačuje, že byly skryty zakřivenou hladinou moře. Rovněž uvádí samostatné argumenty, že Země je zakřivená sever-jih a že je zakřivena východ-západ.

Sestavil osmisvazkovou Geographii pokrývající to, co bylo známo o Zemi. První část Geographie je diskuse o datech a metodách, které použil. Stejně jako u modelu sluneční soustavy v Almagestu , Ptolemaios vložil všechny tyto informace do velkého schématu. Přidělil souřadnice všem místům a geografickým rysům, které znal, v mřížce, která pokrývala celý svět (i když většina z toho byla ztracena). Zeměpisná šířka byla měřena od rovníku , jako je tomu dnes, ale Ptolemaios ji raději vyjádřil jako délku nejdelšího dne, než pro stupně oblouku (délka letního slunovratu se zvyšuje z 12 na 24 hodin, když přecházíte z rovníku na polární kruh ). Umístil poledník 0 zeměpisné délky na nejzápadnější zemi, kterou znal, na Kanárské ostrovy .

Geographia označila země „ Serica “ a „Sinae“ ( Čína ) na krajní pravici, za ostrovem „Taprobane“ ( Srí Lanka , nadrozměrné) a „Aurea Chersonesus“ ( poloostrov jihovýchodní Asie ).

Ptolemaios také vymyslel a poskytl návod, jak vytvořit mapy jak celého obydleného světa ( oikoumenè ), tak římských provincií. Ve druhé části Geographie poskytl potřebné topografické seznamy a popisky k mapám. Jeho oikoumenè se rozkládala na 180 stupních délky od Kanárských ostrovů v Atlantském oceánu po Čínu a asi 81 stupňů zeměpisné šířky od Arktidy po Východní Indii a hluboko do Afriky . Ptolemaios dobře věděl, že ví jen o čtvrtině zeměkoule.

Pozdní starověk

Znalosti o sférickém tvaru Země byly přijímány jako stipendium pozdní antiky jako samozřejmost, a to jak v neoplatonismu, tak v raném křesťanství . Calcidiovy latinské komentáře ze 4. století a překlad Platonova Timea , což byl jeden z mála příkladů řeckého vědeckého myšlení, který byl znám v raném středověku v západní Evropě, pojednával o Hipparchově využití geometrických okolností zatmění v r. Velikosti a vzdálenosti pro výpočet relativních průměrů Slunce, Země a Měsíce.

Teologická pochybnost informovaná modelem ploché Země implikovaným v hebrejské Bibli inspirovala některé rané křesťanské učence jako Lactantius , John Chrysostom a Athanasius z Alexandrie , ale toto zůstalo výstředním proudem. Učení křesťanští autoři jako Basil z Caesarea , Ambrose a Augustin z Hrocha si byli jasně vědomi sférické podoby Země. „Plochý Earthism“ přetrvával nejdéle v syrském křesťanství , přičemž tradice kladla větší důraz na doslovný výklad Starého zákona. Autoři z této tradice, jako například Cosmas Indicopleustes , představovali Zemi jako plochou až v 6. století. Tento poslední zbytek starověkého modelu vesmíru zmizel v průběhu 7. století. Od 8. století a počínajícího středověku „žádný kosmograf, který si zaslouží pozornost, nezpochybnil sférickost Země“.

Indie

Přestože textové důkazy nepřežily, přesnost konstant použitých v předřeckých modelech Vedanga a přesnost modelu při předpovídání pohybu Měsíce a Slunce pro védské rituály pravděpodobně pocházely z přímých astronomických pozorování. Kosmografické teorie a předpoklady ve starověké Indii se pravděpodobně vyvíjely nezávisle a souběžně, ale tyto byly ovlivněny nějakým neznámým kvantitativním řeckým astronomickým textem ve středověku.

Řecký etnograf Megasthenes , c. 300 př. N. L., Byla interpretována jako tvrzení, že současní Brahmani věřili v sférickou Zemi jako střed vesmíru. S rozšířením helénistické kultury na východě se helénistická astronomie filtrovala na východ do starověké Indie, kde se její hluboký vliv projevil v prvních stoletích našeho letopočtu. Řecký koncept Země obklopené sférami planet a fixních hvězd, vehementně podporovaný astronomy jako Varāhamihira a Brahmagupta , posílil astronomické principy. Bylo zjištěno, že některé nápady je možné zachovat, i když v pozměněné podobě.

Díla klasické indické astronom a matematik , Aryabhatta (476-550 nl), se zabývají sfericitě Země a pohybu planet. Poslední dvě části jeho sanskrtského opusu magnum, Aryabhatiya , které byly pojmenovány Kalakriya („počítání času“) a Gol („sféra“), uvádějí, že Země je sférická a její obvod je 4 967 yojanů . V moderních jednotkách je to 39 968 km (24 835 mi), což je blízko současné rovníkové hodnotě 40 075 km (24 901 mi).

Středověk

Ve středověké Evropě přežila znalost sférické Země do středověkého korpusu znalostí přímým přenosem textů řecké antiky ( Aristoteles ) a prostřednictvím autorů, jako jsou Isidore ze Sevilly a Beda Venerabilis . S rostoucí scholastikou a středověkým učením to bylo stále více dohledatelné .

Šíření těchto znalostí mimo bezprostřední sféru řecko-římského stipendia bylo nutně postupné, spojené s tempem křesťanizace Evropy. Například prvním důkazem znalostí o sférickém tvaru Země ve Skandinávii je staro islandský překlad Elucidarius z 12. století . Seznam více než stovky latinských a lidových spisovatelů z pozdní antiky a středověku, kteří věděli, že Země je sférická, sestavil Reinhard Krüger, profesor románské literatury na univerzitě ve Stuttgartu .

Raně středověká Evropa

Sférická Země se čtyřmi ročními obdobími. Ilustrace v knize Liber Divinorum Operum od Hildegardy z Bingenu z 12. století
Isidora ze Sevilly

Sevidský biskup Isidore (560–636) ve své široce čtené encyklopedii The Etymologies učil , že Země je „kulatá“. Matoucní výklad biskupa a výběr nepřesných latinských výrazů rozdělil vědecký názor na to, zda měl na mysli sféru nebo disk, nebo dokonce to, zda měl na mysli něco konkrétního. Pozoruhodní noví učenci tvrdí, že učil sférickou Zemi. Isidore nepřipouštěl možnost lidí, kteří by žili na protinožcích, považoval je za legendární a poznamenal, že pro jejich existenci neexistuje žádný důkaz.

Bede Ctihodný

Mnich Bede (c. 672 - 735) zapsal jeho vlivné pojednání o computus , Zúčtování of Time , že Země byla kulatá. Nestejnou délku denního světla vysvětlil „kulatostí Země, protože ne bez důvodu se jí na stránkách Písma svatého a běžné literatury říká„ oběžná dráha světa “. Ve skutečnosti je nastavena jako koule uprostřed celého vesmíru “. (De temporum ratione, 32). Velký počet dochovaných rukopisů The Reckoning of Time, zkopírovaných ke splnění karolínského požadavku, aby všichni kněží studovali computus, naznačuje, že mnozí, ne -li většina kněží, byli vystaveni myšlence sférické Země. Riclfric z Eynshamu parafrázoval Bede do staré angličtiny a řekl: „Nyní zaoblení Země a oběžná dráha Slunce představují překážku tomu, aby den byl v každé zemi stejně dlouhý.“

Bede měl jasno ohledně sférickosti Země a napsal: „Zemi nazýváme zeměkoule, ne jako by tvar koule byl vyjádřen v rozmanitosti plání a hor, ale proto, že pokud jsou v obrysu zahrnuty všechny věci, obvod Země bude představují postavu dokonalého glóbu ... Ve skutečnosti je to koule umístěná ve středu vesmíru; ve své šířce je jako kruh, a ne kruhová jako štít, ale spíše jako koule, a vyčnívá z střed s dokonalým zaoblením na všech stranách. “

Anania Shirakatsi

Arménská vědkyně ze 7. století Anania Shirakatsi popsala svět jako „bytí jako vejce se sférickým žloutkem (zeměkoule) obklopené bílou vrstvou (atmosféra) a pokryté tvrdou skořápkou (obloha)“.

Islámská astronomie

Islámská astronomie byla vyvinuta na základě sférické Země zděděné z helénistické astronomie . Islámský teoretický rámec do značné míry spoléhal na zásadní příspěvky Aristotela ( De caelo ) a Ptolemaia ( Almagest ), z nichž oba vycházeli z předpokladu, že Země je sférická a ve středu vesmíru ( geocentrický model ).

Raní islámští učenci rozpoznali sférickost Země, což vedlo muslimské matematiky k vývoji sférické trigonometrie za účelem dalšího měření a výpočtu vzdálenosti a směru z jakéhokoli bodu na Zemi do Mekky . To určilo Qibla , nebo muslimský směr modlitby.

Al-Ma'mun

Asi 830 CE, Kalif al-Ma'mun provozu skupinu muslimských astronomů a geographers pro měření vzdálenosti od Tadmur ( Palmyra ) pro Raqqa v moderní Sýrii. Zjistili, že města mají být oddělena jedním stupněm zeměpisné šířky a vzdáleností mezi poledníkem a obloukem mezi nimi je 66 2 / 3 míle, a vypočítal tak obvod Země jako 24 000 mil (39 000 km).

Další odhad jeho astronomů udával 56 2 / 3 arabských mil (111,8 km) na stupeň, což odpovídá obvodu 40 248 km, což je velmi blízko aktuálně moderním hodnotám 111,3 km na stupeň, respektive 40 068 km.

Ibn Hazm

Andaluský polymath Ibn Hazm uvedl, že důkazem sférické sféry Země „je, že Slunce je vždy kolmé k určitému místu na Zemi“.

Al-Farghānī

Al-Farghānī ( latinsky Alfraganus) byl perský astronom 9. století zabývající se měřením průměru Země a pověřen Al-Ma'munem. Jeho výše uvedený odhad pro stupeň (56 2 / 3 arabských mil) byl mnohem přesnější než 60 2 / 3 římských mil (89,7 km) udaných Ptolemaiem. Kryštof Kolumbus nekriticky použil Alfraganovu figuru, jako by byla v římských mílích místo v arabských mílích, aby dokázal menší velikost Země, než jakou navrhoval Ptolemaios.

Biruni
Biruniho metoda pro výpočet poloměru Země

Abu Rayhan Biruni (973–1048) použil novou metodu k přesnému výpočtu obvodu Země , pomocí které dospěl k hodnotě, která byla blízká moderním hodnotám pro obvod Země. Jeho odhad 6 339,6 km pro poloměr Země byl jen o 31,4 km menší než moderní průměrná hodnota 6 371,0 km. Na rozdíl od svých předchůdců, kteří měřili obvod Země současným pozorováním Slunce ze dvou různých míst, vyvinul Biruni novou metodu využití goniometrických výpočtů založených na úhlu mezi rovinou a vrcholem hory . To přineslo přesnější měření obvodu Země a umožnilo to jediné osobě měřit to z jednoho místa. Biruniho metoda měla zamezit „chůzi přes rozpálené, prašné pouště“ a tato myšlenka ho napadla, když byl na vrcholu vysoké hory v Indii. Z vrcholu hory spatřil úhel k obzoru, který mu spolu s výškou hory (kterou předem vypočítal) umožnil vypočítat zakřivení Země. Rovněž použil algebru k formulaci goniometrických rovnic a astroláb použil k měření úhlů.

Podle Johna J. O'Connora a Edmunda F. Robertsona,

Biruni také významně přispěl k geodézii a geografii . Zavedl techniky k měření Země a vzdáleností na ní pomocí triangulace . Zjistil, že poloměr Země je 6339,6 km, což je hodnota, která byla na Západě získána až v 16. století. Jeho masudický kánon obsahuje tabulku se souřadnicemi šesti set míst, z nichž téměř všechny měl přímé znalosti.

Aplikace

Muslimští učenci, kteří drželi sférickou teorii Země, ji používali pro typicky islámský účel: vypočítat vzdálenost a směr z jakéhokoli bodu na Zemi do Mekky . To určilo Qibla neboli muslimský směr modlitby.

Zeměkouli (Kura-i-ard) byl jedním z dárků zaslaných perského muslimský astronom Jamal al-Din na Kublai Khan ‚s čínským soudem v 1267. To bylo vyrobeno ze dřeva, na kterém„jsou sedm dílů vody zastoupených v zelená, tři části země v bílém, s řekami, jezery atd. “ Ho Peng Yoke poznamenává, že „v té době se nezdálo, že by to Číňany nějak obecně přitahovalo“.

Vrcholná a pozdně středověká Evropa

John Gower se chystá střílet svět, kouli s oddíly představujícími Zemi, vzduch a vodu ( Vox Clamantis , kolem 1400)

Během vrcholného středověku byly astronomické znalosti v křesťanské Evropě rozšířeny nad rámec toho, co bylo předáváno přímo od starověkých autorů přenosem učení ze středověké islámské astronomie . Prvním studentem takového učení byl Gerbert d'Aurillac, pozdější papež Silvester II .

Svatá Hildegarda ( Hildegarda von Bingen , 1098–1179), několikrát znázornila sférickou Zemi ve svém díle Liber Divinorum Operum .

Johannes de Sacrobosco (c. 1195 - c. 1256 n. L. ) Napsal slavné dílo o astronomii s názvem Tractatus de Sphaera , založené na Ptolemaiovi, které primárně uvažuje o sféře oblohy. Obsahuje však jasné důkazy o sférické sféře Země v první kapitole.

Mnoho scholastických komentátorů Aristotelova Na nebi a Sacroboscova Pojednání o sféře jednomyslně souhlasilo, že Země je sférická nebo kulatá. Grant poznamenává, že žádný autor, který studoval na středověké univerzitě, si nemyslel, že Země je plochá.

Lucidář of Honoria Augustodunensis (c. 1120), která je důležitým manuál pro poučení menší duchovenstva, který byl přeložen do Middle anglický , staré francouzštině , Middle vysoce německý , starého ruského , Middle holandský , staré norštiny , islandštiny , francouzštiny a několik Italské dialekty, výslovně odkazuje na sférickou Zemi. Podobně skutečnost, že Bertold von Regensburg (polovina 13. století) použil sférickou Zemi jako ukázku v kázání, ukazuje, že tyto znalosti mohl převzít ve svém sboru. Kázání bylo kázáno v lidové němčině, a proto nebylo určeno pro naučené publikum.

Božská komedie Danteho , napsaná v italštině na počátku 14. století, zobrazuje Zemi jako sféru a diskutuje o důsledcích, jako jsou různé hvězdy viditelné na jižní polokouli , změněná poloha Slunce a různá časová pásma Země.

Portugalský průzkum Afriky a Asie , Columbus ‚s plavbu do Ameriky (1492) a konečně, Ferdinand Magellan ‘ s obeplutí Země (1519-1521), za předpokladu, praktický důkaz globálního tvaru Země.

Raný novověk

Obeplutí zeměkoule

První přímá demonstrace sférické sféry Země přišla v podobě prvního obeplutí v historii, expedice řízené portugalským průzkumníkem Ferdinandem Magellanem . Expedici financovala Španělská koruna. 10. srpna 1519 odplouvalo ze Sevilly pět lodí pod Magellanovým velením . Přešli Atlantský oceán , projeli to, čemu se dnes říká Magellanský průliv , překročili Pacifik a dorazili na Cebu , kde byl Magellan zabit filipínskými domorodci v bitvě. Jeho druhý nejvyšší velitel, Španěl Juan Sebastián Elcano , pokračoval v expedici a 6. září 1522 dorazil do Sevilly a dokončil obeplutí. Charles I Španělska , jako uznání jeho výkonu, dal Elcanovi erb s heslem Primus circumdedisti me (latinsky „Nejprve jsi mě obešel“).

Samotná obeplutí nedokazuje, že by Země byla sférická: mohla by být válcová nebo nepravidelně kulová nebo ani jeden z mnoha jiných tvarů. Přesto, v kombinaci s trigonometrickými důkazy o formě, kterou použil Eratosthenes před 1700 lety, Magellanova expedice odstranila veškeré rozumné pochybnosti ve vzdělaných kruzích v Evropě. Transglobe expedice (1979-1982) byl první expedice, aby circumpolar obeplutí, cestuje po světě „vertikálně“ najet oba póly otáčení používají pouze dopravu po pozemních komunikacích.

Ming Čína

Joseph Needham ve své čínské kosmologii uvádí, že Shen Kuo (1031-1095) použil modely zatmění měsíce a zatmění Slunce k uzavření kulatosti nebeských těles.

Kdyby byli jako koule, určitě by se navzájem setkali, když se setkali. Odpověděl jsem, že tato nebeská těla jsou určitě jako koule. Jak to můžeme vědět? S přibývajícím a ubývajícím měsícem. Měsíc sám nevydává žádné světlo, ale je jako stříbrná koule; světlo je světlo slunce (odražené). Když je jas poprvé viděn, slunce (-světlo prochází téměř) vedle sebe, takže pouze strana je osvětlena a vypadá jako půlměsíc. Když se slunce postupně vzdaluje, světlo šikmo září a měsíc je v úplňku, kulatý jako kulka. Pokud je polovina koule pokryta (bílým) práškem a dívá se na ni ze strany, bude zakrytá část vypadat jako půlměsíc; při pohledu zepředu bude vypadat kulatý. Víme tedy, že nebeská tělesa jsou sférická.

Shenovy myšlenky však nezískaly široké přijetí ani úvahu, protože tvar země nebyl pro konfuciánské úředníky, kteří se více zajímali o mezilidské vztahy, důležitý. V 17. století se myšlenka sférické Země, nyní značně pokročilé západní astronomií , nakonec rozšířila do Ming China , když jezuitští misionáři , kteří zastávali vysoké pozice astronomů na císařském dvoře, úspěšně zpochybnili čínskou víru, že Země je plochá a čtverec.

Ge zhi cao (格致草) pojednání Xiong Mingyu (熊明遇) publikoval v roce 1648 ukázal tištěný obraz na Zemi jako sférické zeměkouli, s textem o tom, že „kulatá Země má jistě žádné hranaté rohy“. Text také upozornil na to, že plachetnice by se mohly po obeplutí vod Země vrátit do svého původního přístavu.

Vliv mapy je zřetelně západní, protože tradiční mapy čínské kartografie držely kouli na 365,25 stupních, zatímco západní promoce měla 360 stupňů. Zajímavé je také to, že na jedné straně světa jsou tyčící se čínské pagody , zatímco na opačné straně (vzhůru nohama) byly evropské katedrály . Přijetí evropské astronomie, usnadněné selháním domorodé astronomie dosáhnout pokroku, bylo doprovázeno sinocentrickou reinterpretací, která deklarovala importované myšlenky čínského původu:

Evropská astronomie byla natolik posouzena, že stojí za zvážení, že mnoho čínských autorů vyvinulo myšlenku, že Číňané starověku očekávali většinu novinek, které misionáři představovali jako evropské objevy, například rotunditu Země a „nebeský sférický model hvězdného nosiče . " Tito autoři, dovedně využívající filologii, chytře reinterpretovali největší technická a literární díla čínské antiky. Z toho vznikla nová věda, která se plně věnuje demonstraci čínského původu astronomie a obecněji celé evropské vědy a technologie.

Ačkoli tradiční čínská věda až do 17. století zastávala názor, že Země je plochá, čtvercová a obklopená nebeskou sférou , tuto myšlenku kritizoval učenec dynastie Jin Yu Xi (fl. 307–345), který navrhl, aby Země může být podle tvaru nebes buď čtvercová nebo kulatá. Yuan-dynastie matematik Li Ye (c. 1192 - 1279) pevně tvrdila, že Země byla kulatá, stejně jako tvar nebes jen menší, protože čtverec Země by bránit pohybu nebes a nebeských těles ve svém odhadu. Pojednání Ge zhi cao ze 17. století také používalo k popisu tvaru Země stejnou terminologii, jakou použil východoanský učenec Zhang Heng (78–139 n. L.) K popisu tvaru Slunce a Měsíce (tj. byl kulatý jako kuše kuše a ten měl tvar koule).

Měření a reprezentace

Geodézie , nazývaná také geodetika, je vědecká disciplína, která se zabývá měřením a reprezentací Země, jejího gravitačního pole a geodynamických jevů ( polární pohyb , příliv a odliv Země a pohyb kůry) v trojrozměrném časově proměnlivém prostoru.

Geodézie se zabývá především polohou a gravitačním polem a geometrickými aspekty jejich časových variací, i když může zahrnovat také studium magnetického pole Země . Zejména v německy mluvícím světě je geodézie rozdělena na geomensuraci („Erdmessung“ nebo „höhere Geodäsie“), která se zabývá měřením Země v globálním měřítku, a geodézii („Ingenieurgeodäsie“), která se zabývá měřením částí povrch.

O tvaru Země lze uvažovat alespoň dvěma způsoby;

  • jako tvar geoidu , střední hladina moře světového oceánu; nebo
  • jako tvar zemského povrchu Země, jak stoupá nad a klesá pod mořem.

Jak věda o geodézii měřila Zemi přesněji, tvar geoidu nebyl poprvé shledán jako dokonalá koule, ale pro přiblížení zploštělého sféroidu , specifického typu elipsoidu . Novější měření změřila geoid s nebývalou přesností a odhalila hmotnostní koncentrace pod zemským povrchem.

Viz také

Reference

Citované práce

Další čtení

externí odkazy