地球是圆的还是平的？
“在哥伦布时代，人们认为地球是平的，大西洋里有吞噬船只的巨大怪物，以及地球边缘有令人恐惧瀑布，脆弱的船会在那里坠入无尽的深渊。但哥伦布确信地球是圆的，他决定带着水手一起航行，与那些愚蠢的信念作斗争。”——-1919年美国作家艾玛·米勒·博勒纽斯
哥伦布的故事家喻户晓，也是我们儿时成长过程中最美的神话，他是航海时代的英雄，年轻时候的偶像就是有名的马可·波罗，因此他立志要成为航海家，哥伦布也是当时那个时代唯一一个相信地圆说的人，它看过偶像的《马可·波罗游记》所以十分向往遍地是黄金的中国。他坚信只要一直向西航行就一定能到达中国和印度，不过他至死都没能来到中国，却在半路登上了美洲大陆。
现在让我们想象一下1492年的水手们有多么的勇敢，所有人都说地球是平的，你们可能会掉入无尽的深渊，但他们依然冒死前往世界的边缘，将生死置之度外。那么这里有个问题：历史上都说哥伦布和后来的麦哲伦都坚信地球是圆的，他们有没有依据呢？是谁第一个用严谨的理论证明了地球是圆的？今天就聊下这个问题。
我们能否通过月球上的阴影来判断地球的形状
有个有趣的事实是，在古代文献中全人类一致认为地球的形状是平的，我国也有天圆地方一说，其实地方真的还没有地圆更科学。为什么呢？这是古人对地球最直观的判断，其实也不是古人不够智慧，如果放在现代，我们只知道天空中两个最重要的天体太阳和月球，也会得出同样的结论。
如果我们在新月后一两天的日落时分出门，我们将会看到这样的景象。
月亮呈现出细长的月牙状，我们可以看出明亮的发光部分似乎与一个球体阴影重合，我们也可以清楚的看到未发光的部分呈现出圆盘状。
在接下来的几天里，我们继续在日落之后出去看月亮。事实上，如果我们每天晚上在相同的时间看天上的月亮，就会注意到两件事,再日复一日地发生着变化。
每天晚上月亮只会移动大约12度也就是一个手掌的宽度，并且在逐渐远离日落的位置，月亮也从一开始的小月牙慢慢变大!假如今天晚出去看到的是半月，那么往后的每天晚上我们会看到越来越完整的月亮，直到满月。作为优秀的天文学家，我们可能会得出这样的结论:月球在绕地球运行，其明显的相位变化是由太阳照射到球形月球不同部分的光线引起的。
事实上，这就是古代和现代关于月相成因的观点。那么我们能不能判断出地形的形状呢？
一年中在满月期间会发生大约两次特殊的天文想象，那就是月食！当出现满月时，如果月球、地球和太阳恰好在一条直线上，那么地球的影子就会投在月球的表面上！
如果我们观察月球表面的阴影，就可以清楚地看到地球的阴影边缘是弯曲的，形状像一个圆盘。如果我们把地球在月球上的阴影拼接在一起，我们甚至可以拼凑出地球阴影在月球表面的相对大小。
但很遗憾，这并不能告诉我们地球是扁平的圆盘还是球形；它只能告诉我们地球的影子确实是圆的。原则上，从月球上的阴影看，地球可以是平的，也可以是圆的。看下图
所以哥伦布当时坚信地球是圆的，或者是几年后的是麦哲伦第一次完成了人类的环球航行，并首次证明了地球的形状。只能说这是艺高人胆大的冒险行为，毕竟航海家都有冒险精神！麦哲伦曾经说过：
“教会说地球是平的，但我知道它是圆的，因为我在月亮上看到过地球的影子，我对影子比对教会更有信心。”
所以他们只是盲目的坚信，并且付出了冒险行动证明了地球的形状。相反人类是在2000多年前的古代!只用了太阳就证明了地球的形状。他们是怎么做到的？
在北半球，沿着太阳白天的轨迹，我们会发现太阳在天空的东部升起，在南部上升到顶点，然后在西部下降和落下。一年中的每一天都是这样，日复一日。
但是太阳并不是每天都走同一条轨迹;在夏季，太阳在中午会到达天空中最高的位置，白天的光照时间更长。而在冬季，太阳会到达一个相对较低的位置，白天光照时间短。为了生动地说明这一点，看上图的延时拍摄的照片，这是冬至期间，太阳在天空中的路径。
如果绘制出太阳一年中每天在天空中走过的的路径，我们会发现在冬至(通常是12月21日)太阳的轨迹线最低，白天日照时间很短，不经意间又要关灯睡觉了。在夏至(通常是6月21日)太阳轨迹线最高，基本就在头顶，真的是太阳当空照，花儿多我笑，白天日照时间最长。
如果用一台照相机拍摄一年中太阳穿过天空的路径，我们会看到一系列漂亮的弧线，其中最高、最长的弧线是在夏至时形成的，最低、最短的弧线是在冬至时形成的。下图：
在古代，来自埃及、希腊和整个地中海最伟大的学者和科学家都在亚历山大图书馆工作。其中一位科学家是古希腊天文学家，他就是埃拉托色尼。
在亚历山大港生活期间，在夏至的时候埃拉托色尼收到了来自埃及南部城市西恩纳的信件。信件上提到：
有些物体在中午没有影子
换句话说，如果太阳在各个方向上没有偏差一度，直射头顶。如果一个完全垂直的物体，它绝对不会产生阴影。
埃拉托色尼清楚他生活的亚历山大港物体影子的情况并非如此。在亚历山大夏至的正午时分，太阳比一年中任何时候都更接近正上方，但垂直物体仍然会投下阴影。
埃拉托色尼就做了一个实验。在夏至的中午影子最短的时候，他测量了一根垂直木棍投下的影子的长度，算出太阳与亚历山大港垂直地面方向上的角度。
他得到的答案是1 / 50，即7.2度。那么在西恩纳一根一模一样，垂直与地面的棍子与太阳光的角度为什么是0呢!这是什么原因?
也许是天才的灵感迸发，埃拉托色尼意识到太阳的光线是平行的，那么地球就是弯曲的，否则所有地方太阳光应该与物体的夹角是一样的。
如果埃拉托色尼能算出亚历山大到西恩纳的距离，并且他还知道这两个城市的角差，就可以算出地球的周长!但是当时想测量两地的距离并非易事。要是埃拉托色尼当时有一群助理的话，他就可以派他们去出差了，慢慢的测量距离了!（哈哈）
但是，由于当时的条件限制他只能依赖于当时官方的测地资料。那么当时官方对距离“精确”的测量标准是什么?
骑骆驼测量，骆驼走完一段距离所需的时间，然后根据骆驼的速度，就可以大致知道两地的距离。其结果是西恩纳和亚历山大之间的距离是5000斯塔迪亚。斯塔迪亚是一种长度单位，问题是，一斯塔迪亚有多长?答案取决于居住在埃及的希腊人埃拉托色尼，使用的是希腊斯塔迪亚还是埃及斯塔迪亚，目前历史学家们仍在争论这个问题。
不过希腊斯塔迪亚的使用更为普遍，按现代标准是185米。使用这个值的话，可以得到地球周长为46,620千米，这个数字只比实际值大了16%。
然而，一个埃及斯塔迪亚是157.5米，如果当时埃拉托色尼依照这个距离的话，我们得到的值为39375公里，与现代值40041公里相比，相差不到2% !
不管实际值是多少，埃拉托色尼是世界上第一位地理学家，他发现了地球是圆的，并且第一次准确地计算出了地球的大小!还发明了我们今天仍然使用的经纬度概念，并建立了第一个基于球形地球的模型和地图。
但是在随后的几千年里，这些东西并没有流传下来，今天我们任何人都可以在相同经度的两个位置上做同样的实验，同时测量影子的长度，也可以算出地球的周长!
但是直到1946年我们人类才获得了第一张关于地球曲率的摄影证据。
再回到哥伦布，他当时虽然坚信地球是圆的，但是他对地球的大小做出了一个错误的估计，他曾说服其他人相信他可以直接从欧洲航行到印度和中国，当时所有认为他是骗子，不过最后还是说服了西班牙王后，并得到了国王的支持，哥伦布带着国王给印度和中国皇帝的国书就出发了，所幸中途有个美洲大陆，不然哥伦布真的要被饿死在半路。哥伦布直到死的时候都认为自己已经到过印度了，其实他踏上的是美洲大陆，中间还差十万八千里呢！
