地球是橢圓的,可爲什麼從太空發回來的地球照片那麼圓?

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“地球是圓的”,很多人,尤其是很多剛開始看科普書的小朋友,在談到這句話的時候,會加上一句,“其實地球也不是圓的,而是橢圓的”。這個表述,顯然是受到了天文或地理科普上牛頓和卡西尼、高斯等人關於地球曲率討論和測量這一部分科學歷史的影響。題主這裡想必也是如此。

然而,正如地球的太空照片所顯示的,這種說法是有很大問題的。

根據牛頓大神的預言,由於地球的自轉影響,我們的地球會在赤道附近略鼓起,在兩極區域略扁。那麼地球這個“橢圓”,或者更嚴格地稱之為橢圓球體,有多橢呢?方便記憶的話,地球半徑約6400公里,更準確的數字是兩極到地心的距離為6356.8公里,赤道到地心的距離6378.2公里,差值為21.4公里,換算比例只是略大於千分之三。這個“橢球”,可是真是相當之圓了。相對來說,珠穆朗瑪峰,海拔也不過8848米,相對地球半徑來說,真是微不足道了。

那麼,我們就清楚了,無論用什麼標準來說,“地球是圓的”這句話都是成立的,除非在特殊地理學語境裡,否則我們不需要畫蛇添足,加上“地球是橢圓的”這麼一句我們其實並沒有經過仔細瞭解的事情。

而且,對大多數來說,瞭解“地球是圓的”這件事兒,才是重要的。這是人類對於地球,宇宙,也對於我們自身認識,非常重要的發現。這個發現誕生於遙遠的古希臘,公元前六世紀,應該是畢達哥拉斯或他的學派做出的。


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首先,地球確實不是一個完美的球形。

根據比較權威的數字,地球的長半徑是6378140米,短半徑是6356755米。也就是說地球半徑最大的地方比半徑最小的地方多了22公里。這是由於地球本身的旋轉所致的,可以說地球是在赤道的位置鼓出去一圈。

那麼為什麼我們看到的地球照片卻是一個非常完美的球體呢?是因為有人為了好看做假了嗎?其實不是的,我覺得有以下幾個原因。

相比較地球較大的半徑,鼓出去的那一圈人眼很難察覺。

22公里這個數字我們看起來是很大的,畢竟我們平時乘坐的客機也就是飛行在10公里左右的空中,即便把地球海拔最高的地方(珠穆拉瑪峰,9公里)和海拔最低的地方(馬裡亞納海溝,11公里)加在一起,也不能夠填補長短半徑之間的差別。

但是要知道,地球本身的至今是6400公里左右,22公里相對於6400公里只是千分之三左右的誤差,相當於一把20釐米的尺子短了半毫米的樣子——如果有一把尺子短了半毫米,你能夠一眼就看出來嗎?實際上這就是誤差和感覺的問題了。

地球照片模糊的邊界也讓這種橢圓更加不明顯。

現在很多地球的照片中,地球外面都可以看到薄薄的一層大氣,這層大氣的密度從裡到外逐漸變得稀薄,所以給人在視覺上的感覺就是非常模糊、非常朦朧,這無形之中,也讓地球看起來長短半徑沒有那麼明顯了。

另外就是有些地球的照片由於太陽光照的原因,所以本身邊界就是模糊的,無形之中也讓這種橢圓的狀態更加不清晰了。

實際上,地球比我們生活中大部分能夠看到的球體更圓。

現實生活中我們經常看到的足球,實際上要比地球更不像個球。根據國際足聯的規定,一顆符合要求的足球的圓周長度為68.5-69.5裡面之間,所以換算一下,足球的橢圓率只要滿足低於0.014的條件就可以稱之為“球”了,而地球的橢圓率是多少呢?答案是0.003,遠遠小於足球。所以說,地球比足球更加接近於完美球體。


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地球是個是一個在兩極方向上略扁、赤道略鼓的不太規則的橢球體,但地球的極半徑與赤道半徑相差不大,這點差距相對於地球半徑來說是很微小的。

地球極半徑——從地心到北極或南極的距離,大約為6356.9千米。

地球赤道半徑——是從地心到赤道的距離,大約為6377.8千米。

極半徑與赤道半徑相差只有21千米,扁率不足1/300,依據人眼的分辨率是不足以看出這點差距的,所以在太空看上去是圓的。

需要強調一點的是,在近地軌道上宇航員是無法看到地球全貌的,一般看到的是這樣的:

順便解釋一下一張關於地球“真實形狀”的照片,也是在網上流傳比較廣泛的,看著像個不規則的土地,就是下面這張圖:

但是這張圖根本不是地球的形狀圖。實際上它表示的是全球重力變化的空間差異,而且還做了誇張的處理。但在傳播中,很多媒體將這張圖片錯誤解讀成了地球的形狀,甚至冠以“地球素顏照”的稱呼。

總之,地球雖然是兩極略扁、赤道微突的橢球體。但在地球尺度上,把它看成是球體也沒關係。


清明的星空

地球扁到一個什麼樣的程度呢?這就要用“扁率”來說明。地球上有很多的緯圈(線),每一條緯圈都有一個相應的緯度。地球半徑長短不一,其變化的特徵是 : 地球半徑因緯度的增高而變短,赤道半徑(地心至赤道的半徑)最長,極半徑(地心至南、北極點的半徑)最短。[值得注意的是,兩極半徑不等長,北極半徑比南極半徑行長40米左右] 若用a表示赤道半徑,用b表示極半徑,用e表示地球扁率,則e=(a一b)/a=1/298。

由於地球的扁率相對於在遙遠太空的觀測點,這個扁率太微不足道了,所以從遙遠的太空看地球,自然是一個正球體。


千山路1

地球真實的照片是這樣的:


事實上是這樣的:

如果沒有了海水,地球絕對是這樣的:

地球是一個赤道略凸出、兩極略扁的橢圓形,但橢圓的程度非常小。地球的平均赤道半徑為6378.38公里,極半徑為6356.89公里,二者相差只有20公里左右,與最大半徑相比,只差約0.3%。如果把地球縮小為一個直徑1米的球體,半徑差大概只有3毫米,用肉眼無法分別。所以,遙遠的太空,地球在宇宙航員的眼中看到和拍回的圖片就成了這樣的:

所以,地球仍是一個幾乎完美的球體。


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