埃拉托色尼：世界上最伟大的实验开创者

                                                                             2019-4-1 青野云麓

埃拉托色尼（Eratosthenes，公元前275一前193）生于希腊在非洲北部的殖民地昔勒尼（cyrene，在今利比亚）。他在昔勒尼和雅典接受了良好的教育，成为一位博学的哲学家、诗人、天文学家和地理学家。他的兴趣是多方面的，不过他的成就则主要表现在地理学和天文学方面。

埃拉托色尼曾应埃及国王的聘请，任皇家教师，并被任命为亚历山大里亚图书馆一级研究员。从公元前234年起接任图书馆馆长。当时亚历山大里亚图书馆是古代西方世界的最高科学和知识中心，那里收藏了古代各种科学和文学论著。馆长之职在当时是希腊学术界最有权威的职位，通常授予德高望重、众望所归的学者。埃拉托色尼担任馆长直到他逝世为止，这也说明了他在古希腊学术界享有很高的声誉。

埃拉托色尼充分地利用了他担任亚历山大里亚图书馆馆长职位之便，十分出色地利用了馆藏丰富的地理资料和地图。他的天才使他能够在占有文献资料的基础上，作出科学的创新。埃拉托色尼在地理学方面的杰出贡献，集中地反映在他的两部代表著作中，即《地球大小的修正》和《地理学概论》二书。前者论述了地球的形状，并以地球圆周计算为著名。他创立了精确测算地球圆周的科学方法，其精确程度令人为之惊叹；后者是有人居住世界部分的地图及其描述。在该书中，他系统地提出了采用经纬网格编绘世界地国的方法，全面地改绘了爱奥尼亚地图。他以精确的测量为依据，将得到的所有天文学和测地学的成果尽量结合起来，因而他所编绘的世界地图不仅在当时具有权威性，而且成为其后一切古代地图的基础。虽然埃拉托色尼的这两部地理著作不幸都失传了，但是通过保存下来的残篇，特别是斯特拉波的引文，后世对它们的内容，以及作者的精辟见解有一定的了解。

描绘新的地球

《地理学概论》一书致力于研究有人居住的世界。全书分三卷，第一卷先是一段简短的绪言，对地理学的产生和发展作了历史的回顾，然后着重阐述地球的结构和演变以及水的运动（潮汐、海峡中的海流等）；第二卷为数理地理学。主要探讨天空、大地和海洋的形状和结构、地球的区域和地带的划分以及已知世界的范围等问题；第三卷是论述世界地图的改绘，包括一幅新编绘物世界地图以及区域描述。埃拉托色尼的这本书总结了希腊地理学的成就，标志了这个时期地理学的最高水平，是古代地理学宝库中的一个重要文献。

埃拉托色尼继承和发展了亚里士多德的居住适应地带学说，将世界分为欧洲、亚洲和利比亚（非洲）三大洲和一个热带、两个温带、两个寒带等五个温度带。他改进了亚里士多德的分带法，对五个地带的南北界线，均给予纬度的严格划分。埃拉托色尼的区域和地带的划分，与前辈学者相比，科学性和系统都要强得多。他的地球分带已同现代地理学的“地带”概念相当接近。他确定的回归线位置，与其实际位置（23°30′）仅差半度，其精确性令人为之赞叹。不过，埃拉托色尼关于世界陆地三大洲的划分，与实际情况相差甚大，显然这是受到当时认识论和科学水平的局限。

埃拉托色尼认识到，古老的爱奥尼亚地图必须全面地改绘。他的目标是运用几何学的方法，依据精确的天文学和测地学新数据，来绘制更合理的世界图象。他毫不含糊地屏弃了亚历山大以前的资料，大量采用毕提亚斯远航和亚历山大远征以及其他新近的地理考察的成果。在使用资料时，他并不是一味盲从，而十分注意分析判断，力求去伪存真。例如，他在处理路线测量资料时，考虑了地势起伏和道路弯曲等因素，对资料提供的里程数据，平均减去了1/15，来加以订正，这样就大大提高了地图的精度和资料的准确性。

为了编绘新的世界地图，埃拉托色尼首先估算了有人居住世界的宽度和长度。宽度数值是沿通过亚历山大里亚城的子午线测算出来的，结果是38000希腊里；长度数值则是沿着从赫尔克列斯之位至恒河河口一线来估算的，结果是78 000希腊里。长度线与宽度线组成了地图的基础坐标，它们在罗得岛相交，然后，他在这两条基础座标线上，各选了一系列地点，如经线纵座标上的阿罗马提斯（Aromates，今索马里）、麦罗埃（Meroe）、西恩纳、亚历山大里亚、赫勒斯湾、波里斯丹尼河(Borysthene，今第聂伯河河口)和图勒等七处；纬线横座标上的印度河、“里海之门”、幼发拉底河上的塔普萨克（Thapsa-que）、罗马和迦太基（Carthage）等处，分别划出横向的纬线和纵向的经线，组成了地图的经纬网格。埃拉托色尼创立经纬网系统，是地图学发展中的一项重大的突破和飞跃，有着深远的意义，它为投影地图学的出现奠定了基础，是投影地图学取代经验地图学的先驱。

埃拉托色尼在他的基础经纬网之上，还叠加了一套被称为“普林特”框格（Plinthes）和“斯弗拉吉德斯”框格（Sphragides）的几何图形。前者呈长形条带状，后者呈不规则形状。它们组成了地图的第二级网格系统，作为一级经结网格的补充，其作用是便于标明《地理学概论》一书中所描述的各地区的位置和范围。这种将世界划分为不同地区的思维方法，似乎可视为现代地理学术语中的“区划”的雏型。同时，他将地理描述中的分区叙述与地图编绘紧密结合起来，也是一种创新尝试，成为描述地理学与数理地理学相结合的又一种范例。

显然，埃拉托色尼的地理学思想比前辈地理学家更臻成熟。他对地理空间表现了极大的兴趣，不仅因为它是一个地理实体，也不仅因为它是一个包含各种特性的地域，而且因为在地理空间中，存在着特征鲜明的自然环境同改造利用这一环境的社会两者之间的相互联系。埃拉托色尼的地理学著作和成就标志了古代希腊地理学的最高峰和结束。

2000多年前，有人用简单的测量工具计算出地球的周长。这个人就是古希腊的埃拉托色尼(约公元前275-前194)。

埃拉托色尼博学多才，他不仅通晓天文，而且熟知地理；又是诗人、历史学家、语言学家、哲学家，曾担任过亚历山大博物馆的馆长。

细心的埃拉托色尼发现：离亚历山大城约800公里的塞恩城(今埃及阿斯旺附近)，夏日正午的阳光可以一直照到井底，因而这时候所有地面上的直立物都应该没有影子。但是，亚历山大城地面上的直立物却有一段很短的影子。他认为：直立物的影子是由亚历山大城的阳光与直立物形成的夹角所造成。从地球是圆球和阳光直线传播这两个前提出发，从假想的地心向塞恩城和亚历山大城引两条直线，其中的夹角应等于亚历山大城的阳光与直立物形成的夹角。按照相似三角形的比例关系，已知两地之间的距离，便能测出地球的圆周长。埃拉托色尼测出夹角约为7度，是地球圆周角(360度)的五十分之一，由此推算地球的周长大约为4万公里，这与实际地球周长(40076公里)相差无几。他还算出太阳与地球间距离为1.47亿公里，和实际距离1.49亿公里也惊人地相近。这充分反映了埃拉托色尼的学说和智慧。

埃拉托色尼是首先使用'地理学'名称的人，从此代替传统的'地方志'，写成了三卷专著。书中描述了地球的形状、大小和海陆分布。埃拉托色尼还用经纬网绘制地图，最早把物理学的原理与数学方法相结合，创立了数理地理学。

这是世界上最伟大的实验，听到名字都觉得不可思议!

人的大脑，只有仅仅两公斤之重，但是它却拥有800亿个细胞和数以万亿的特殊结构。这些结构，帮助人类说话，行走，想象，同时孕育出无穷的智慧。在没有任何机械设备的古代，人们就已经能修建起高达百米的金字塔，完成了长达万里的长城。近代，人类把自己送上太空，送上月球，研制出不可思议的原子弹，氢弹等。这些例子，充分说明了人类，是这个世界上甚至宇宙中最伟大的生物。

从古到今，智慧的人类完成了许许多多既伟大又不可思议的实验，这些实验的成功，帮助人们在走向更加文明的道路上前进了一大步。今天我们就来说说被称为世界上最伟大的实验，测量地球圆周实验。

光听名字，大家就会觉得不可思议。这个实验的主导者是古希腊科学家埃拉托色尼，并且，这已经是两千多年前的事了。

在公元前两百多年，当时的人们对地球的认识还很欠缺，对于地球到底有多大还完全没有概念。在埃及的一个名叫阿斯瓦的镇上。当日刚好是夏至的正午，阳光直射而下，照射到物体上却没有影子，主人公埃拉托色尼看到此景象，灵光一闪，如果相同的时间，在不同的两个城市观察某个相似的直立物体的影子长度，通过影子之间的差异，就可以计算出地球的周长。

说干就干，埃拉托色尼在夏至的正午，来到A城市，选取了一座塔作为参照物，测量出了此时这座塔的影子长度。第二年的夏至正午，埃拉托色尼又来到B城市，选取了和A城市的塔相同高度的参照物，测量出了此时影子的长度。他发现，这两段影子的长度是有差异的。埃拉托色尼运用所学的地理和数学知识，计算出了两段影子和垂直线之间的夹角度数，发现它们之间的差异为大约七度。因为圆周的角度为三百六十度，七度相当于三百六十度的五十分之一。埃拉托色尼又去查阅地图等资料，得知了A城市和B城市之间的距离，再用这段距离去除以五十分之一，最终的出地球的周长为大约39000公里。这个数字在当时可能没有多大的影响，但是，现代社会计算出地球的准确周长后，发现和埃拉托色尼得出的数据误差小于百分之五，这是多么的了不起。

之所以把埃拉托色尼的实验称为最伟大的实验，并不是他的实验多么复杂，所用的仪器多么昂贵，也不是他的结果分毫不差，而是因为这是在两千多年前，没有任何的精密仪器，没有任何可借鉴的资料，仅仅通过简单的数学公式和常见的地理知识，就计算出了地球的周长。这是多么伟大的一个实验!