今晚是红色的_科学论文

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以前我曾看到过月全食,所以,当报道今晚将发生20世纪最后一次月全食时,我并没有太在意,只是偶尔到阳台上“举头望明月”。但当我望见食既时(月亮被地球的影子完全遮住)星空中高悬着一轮红色的圆月时,我还是惊呆了!大声呼唤着家里人出来一睹天文奇观。

月亮居然可以是红色的——大自然的奇妙真是超乎寻常的想像!第二天,我从报纸上了解到,这是由于太阳的余辉折射到月球上的缘故。看到,先前有人指责小同学将月亮画成红色,的确是冤枉了小同学,抑制了他的想像力。

“月下飞天镜,云生结海楼。”绘画、作诗离不开想像力,在科学探索中同样需要想像力。

古希腊哲人亚里士多德,观测到月食时地球在月亮上留下圆弧状阴影,想像地球本身应该是球形——他大胆的想像早已得到证实。

多边形的面积可以转化一些小三角形计算,但圆的面积只能近似地等于内接多边形的面积,我国古代数学家刘徽想像:多边形边数越来越多、各边长越来越小时,最后的极限就是圆。因此,圆的面积也可转化为内接正多边形来计算。

上面的富有想像力的“证明”虽然并不严格,但它包含的无限分割的思想却是微积分的萌芽。

让我们乘着前贤们想像力的翅膀,到浩瀚的星空再作一次遨游吧。

稍稍留心即可注意到月食时的月牙形与通常情况下的弦月不同。月食时,阴影边缘的孤的弯曲程度要小得多,容易知道,这是因为地球半径(6378千米)大约是月亮半径(1760千米)的3.62倍。而日地距离为14945万千米,远远大于日、地半径(太阳半径为70万千米),因此,可以近似地把扫过地球的太阳光线看成是平行直线,于是,也可粗略地把月亮上阴影边缘的圆弧的半径视为地球的半径。

我观察到,月食过程中当地球影子刚好穿过月亮的直径两端时(如图2),月亮大约有六成(60%)被“吃掉了”。是不是这样呢? 让我们做一番验算吧。

如图2,设月亮、地球的半径分别为R、3.62R。 关键是计算弓形AnBO[,2]A的面积。

这个比值和目测值基本相符(目测当然不可能精确)。

以上给出的一些天文数据,如地球半径、日地距离等都是从当今的天文学书上查到的,那么,这些数据是怎样获得的呢?

先来看看我们赖以生存的地球,其半径是如何测算的。

第一次测定地球半径,远在公元前3世纪。 古希腊数学家爱拉托斯芬在夏至这一天的中午,于埃及的塞伊城看到深井的水面上映出整个太阳的光亮影子,于是他确信此时此地阳光是垂直射到井底的。同样,还是在夏至这一天的中午,他在塞伊城正北方向的亚历山大城(与塞伊城在同一条子午线上),直立一杆, 却出现了日影, 于是他根据杆长和影长, 算出杆和太阳的夹角α 是7°12′, 而亚历山大城和塞伊城的距离ι是根据商队旅行得知。爱拉托斯芬根据ι和α推算出地球半径为400000埃及希腊里,约相当于6200到7300 千米之间。 这和今天的数据6378千米比较起来,已经是比较准确的了。

直接测量地球半径是不可能的,爱拉托斯芬敢于“异想天开”,把问题转化为测量ι和α——这些虽然都是从地面上测来的数据,但却和地球半径(内部)有密切关系。这是一种间接方法,广泛应用于科学探索之中。

近代测量地球半径,是用三角方法。法国于1619~1670年测得地球半径为6372千米,这和当今测量结果已相差无几了。

地球就在脚下,但太阳可望而不可即,难怪唐代诗人陈子昂“念天地之悠悠,独怆然而涕下”了。但借助于三角方法,仍然可以间接地测算出日地距离。其基本原理如下:

“嫦娥奔月”、“夸父追日”充满了人类的美好想像,但毕竟是美丽的神话故事。而科学探索中想像的自由驰骋,一旦和科学的方法结合起来,就能把想像变为现实。

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