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子午线的测量在唐代,没有现代仪器,僧一行是如何测量?

唐朝开元年间,僧一行为编撰大衍历进行了大规模的天文实测,南方到达交州,北方抵达铁勒,其间共有12个测量点。

开元十二年(公元724年),由僧一行领导的,由南宫说等人主持的在河南的测量最为重要。他们在河南的白马、浚仪、扶沟、上蔡等地测量了夏至正午日影长和北极高,又用绳子丈量了它们之间的距离,经归算,从白马到上蔡有526.9里,日影长相差2.1寸。一行还通过与其他地方的测量相比较,得出地上南北相差351.27里,北极高度相差1度。根据我国古制1里等于300步,1步等于5尺,1唐尺等于24.525厘米,1周天等于365.25度,可换算出北极高度变化1度,南北间距离为129.22公里。以今日测量的1度相应距离为111.2公里看,唐代的测量误差偏大;但最早测量出了子午线的长度。

僧一行怎么知道“子午线”长度?

子午线即地球的经度线。测量子午线长度可以确知地球的大小。子午线长度是地理学、测地学和天文学上一项重要的基本数据。

唐代天文学家僧一行在我国和世界上最早发起和组织了测量子午线长度的活动。

僧一行(公元683-727年),本姓张,名遂,魏州昌乐(今河南南乐)人,对天文历法的造诣很深。

他因不愿与武则天的侄子武三思交往,逃到河南嵩山的嵩阳寺做了和尚,取名一行。

唐玄宗即位后,请一行进京主持修订新历法。为此,一行对天文现象进行了认真的观测和研究。

开元十二年(公元724年),他发起和组织了一次大规模的大地测量活动,测量地点达12处,以今河南省为中心,北起铁勒(今内蒙古自治区以北),南达林邑(今越南中部),测量范围之大前所未有。

测量内容包括每个测量地点的北极高度,以及冬至、夏至、春分、秋分那天正午八尺之竿(表)的日影长度。

这次测量活动,以太史监南宫说等人在河南滑县、浚仪(今开封)、扶沟和上蔡四处的测量最为重要。

这四个地点的地理经度比较接近,大致是在同一经度上。

南宫说等人除了测出四处的北极高度和日影长度外,还测出了这四个地点之间的距离。

一行从南宫说等人的测量数据中,计算出南北两地相差351里80步(唐朝尺度,合现代长度129.22公里),北极高度相差一度,这个数据就是地球子午线一度的长。

如何利用子午线测量地球周长?

两千两百多年前,大约公元前240年,埃及学者埃拉托色尼,利用天文学知识、地理知识 和数学知识,在夏至那天同一时间,分别在两个地方,测量太阳在地球上的投影,而 求出地球上两地的距离所对应的弧度,从而得到地球的周长,其结果与现代的测 量结果非常吻合。

埃及的阿斯旺地方,那里有一口枯井,夏至的那天,太阳光可以直射进井底。这件事,很多人都知道。这说明太阳光在阿斯旺是直射的。换言之,你立根标杆,太阳光照射下来,标杆没有影子。换个地方, 标杆会有影子。埃拉托色尼想,同时不同地,立杆有不同的投影,说明地球是有弧度的。当时人们已经认识到,地球是圆球形的。如果沿着地球赤道,或者沿着地球的子午线,都可以测算出地球的弧度,从而计算地球周长。

若能利用夏至这天太阳在阿斯旺直射这个特点,测量过程将会简便许多,准确许多。阿斯旺不在赤道上,只能利用子午线。子午线也叫经线,连接地球南北两极。埃拉托色尼是埃及图书馆的馆长,他本身就勤于动脑,学识渊博,再加上他的工作便利,能够拥有大量查询的信息。于是他制定的测量方案是,在阿斯旺正北方800公里的亚历山大里亚,在夏至日,测量立杆的太阳投影。

选择亚历山大里亚,位于阿斯旺正北方,两个地方位于同一子午线上,已经知道准确的距离800公里,选择这个地方,不会因为距离太近,使得两地间的地球弧度太小,首先得能够测得出来,其次能够测的比较准确。测量方案示意图如下:

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