谁知天高地厚?

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摘要

说一个人“不知天高地厚”,是说他浅薄无知,自不量力。可扪心自问,我们真的知道“天有多高、地有多厚”吗?要回答这个问题,就要明白什么是“天”,什么是“地”。古代中国人把“天”想像为一个半球形的大罩子,“地”则如同一个方形的棋

说一个人“不知天高地厚”,是说他浅薄无知,自不量力。可扪心自问,我们真的知道“天有多高、地有多厚”吗?

要回答这个问题,就要明白什么是“天”,什么是“地”。古代中国人把“天”想像为一个半球形的大罩子,“地”则如同一个方形的棋盘,这就是中国古代最著名的“盖天说”。所谓“天有多高、地有多厚”的问题,就是在这样的宇宙模型之下提出来的。众所周知,这样的“罩子”和“棋盘”是不存在的,那我们就在日常词汇的层面上,试着回答“天有多高、地有多厚”的问题(请不要怪作者不知天高地厚啊!)。

先问“天高”

“蓝蓝的天上白云飘”。那么,蓝天有多高呢?蓝天是太阳光和大气中的水汽、尘埃等一起给我们变的魔术。太阳光穿过空气时,波长较长的红色光透射力最强,能透过大气中的微粒射到地面,而波长较短的紫、蓝、靛等色光,很容易被悬浮在空气中的微粒向四面八方散射开来。这样,在晴朗的天空,如果没有污染,我们抬头就能看见蔚蓝色的天空。前苏联的三位科学家乘坐气球对天空颜色做了一次详细观测。当他们从地面上升到3.5公里的高度时,天空成了暗蓝色;再上升到13公里时,天空呈暗紫色;在超过18公里之后,由于空气非常稀薄,光不发生散射,天空呈一片暗黑色。这时,出现了人们在地面上从未见到过的景观:太阳和星星同辉。由此可见,常说的蓝天(或者青天)的高度为10公里左右。至于天上的白云就更低了。坐飞机时,我们常常看到白云飘在飞机下面;登山时,也会发现白云在脚下,或者环绕在半山腰。白云的高度从500米到10000米不等。

“明月几时有,把酒问青天”。为什么要问青天?因为月亮也在青天之上。实际上,月亮距地球表面的距离,可比“青天”远多了,很多人都知道,这个距离大约是38万公里。可并不总是如此。月亮绕地球运行轨道是椭圆形的,离地球最近的近地点大约距离地球36万多公里,离地球最远的远地点大约距离地球40万公里左右。据说,人类已经在月球上安置了反射镜,通过激光测距,精度可以达到厘米级。测绘工程师们听到这个消息,恐怕不会吃惊吧?

“天上的太阳红彤彤”。太阳距离我们有多远呢?这可不是一个一般的距离,这个距离为149597870公里,即大约1.5亿公里。科学家们把这个数字作为一个天文单位,也就是把它作为测量天体(特别是太阳系天体)之间距离的“尺子”。地球围绕太阳公转的轨道也是椭圆形,所以,太阳距地球的距离也是时刻在变化的。

“天上的星星亮晶晶”。天上的星星有多远呢?这就看说的是什么星了。距离我们最近的星星是太阳系里的行星,这些行星的排列是有规律的。1766年,一位名叫体丢斯的德国数学教师在给学生讲述太阳系概况时,要求学生将各大行星到太阳的平均距离记住。可学生们怎么也记不住这些毫无规律的数字。体丢斯仔细分析了这些数据,发现并非无规律可循。他先在黑板上写下一个数列,从第二个数开始,后一数正好是前一数的两倍,即:

0,3,6,12,24,48,96,192……

在每个数上加4,再除以10,便得到:

0.4,0.7,1.0,1.6,2.8,5.2,10,19.6……

水星 金星 地球 火星?木星 土星?

以地球到太阳的距离为一个天文单位,其他数字正好是五个行星到太阳的平均距离,只有2.8个天文单位处没有行星,土星以后也没有行星,因为当时知道的最远行星就是土星。

体丢斯并没有认为这是个多么了不起的发现,不过把它当做一个教学生巧妙记忆数据的方法,所以当时没有传开。直到1772年,德国天文台台长波德发现了它,觉得很有意思,才将它发表。因此一般称它为“体丢斯—波德”定则。天文学家就是以此为线索发现了天王星,后来又发现了介于火星和木星之间的小行星带。

读者如果有兴趣,可以根据上面提供的数字推出地球距离这些行星的距离。不过,根据上面这些数字只能推导出各大行星距离地球轨道距离,行星个体距离地球的距离是随时变化的。以火星为例,火星轨道距离太阳平均距离为1.6个天文单位,那么当地球和火星位于太阳同一侧,并且日、地、火在同一直线上时,地球与火星的距离最小,约为0.6个天文单位。当地球和火星位于太阳两侧,并且日、地、火在同一直线上时,地球与火星的距离最大,为2.6个天文单位。在其他情况下地球与火星的距离介于两者之间。当然,由于地球和火星的轨道都是椭圆形的,实际情况要复杂得多,两者距离每时每刻都在变化。今年8月27日,火星运行到近6万年来距离地球最近的位置,二者距离约为5576万公里,仅有0.37个天文单位。

上面说的都是行星。在夏日的晴朗夜晚,我们抬头所看到的绝大多数都是恒星。除太阳之外,离我们最近的一颗恒星叫做比邻星,它位于半人马座,离太阳系的距离是4.22光年。那么最远的恒星呢?1999年4月,利用哈勃望远镜拍摄的深空图像,美国纽约州立大学斯托尼布鲁克分校的研究人员发现了宇宙边缘附近有一个距离地球130亿光年的古老星系,这是迄今为止人类所发现的最遥远的天体。

你看,要回答“天有多高”还真是困难。从500米高的云层到130亿光年的古老星系,哪一个数据是“天高”?

再说“地厚”

“地”无疑是指我们的地球。有人说“地厚”就是指地壳的厚度,这倒不难回答。地壳指的是地球最外面薄薄的一层固体的硬壳,分为大陆地壳和大洋地壳。大陆地壳平均厚度约为33公里,最厚的地方可达60—70公里,而大洋地壳平均厚度只有6公里,最薄的地方只有1.5公里。

可只把地壳的厚度当做“地厚”,似乎有点“厚此薄彼”。地幔、地核都是我们地球的一部分,它们的尺寸怎么就不算“地厚”的一部分呢?所以,“地厚”应该指地球的直径。可我们知道,地球是一个两极稍扁、赤道略鼓的不规则椭球形,怎么能计算它的直径呢?如果仅仅想知道一个大概的数字,那倒不难。早在公元前3世纪,亚历山大一位名叫埃拉托色尼的学者就利用几何原理估算出了地球的半径。他发现在埃及色尼城夏至正午时,阳光直射井底,而同一时刻在亚历山大城太阳向南偏出7.2度,由此得出亚历山大与色尼纬度相差7.2度。利用当时经商驼队行走的时间估计两地的距离约为5000斯塔第(1斯塔第相当于157.5米),据此推出地球半径为6300公里。在当时的条件下,能得出这样精确的数字是相当不简单的。现在我们一般说地球半径为6370公里,直径当然是它的两倍了。

可这只是一个概数。要准确地描述我们的地球,只知道这样一个数据是远远不够的。这时候,我们就要用一个参考椭球来模拟地球,这个椭球要尽可能地与地球形状相符,但它却是规则的,以利于在上面建立坐标系统,完成一系列的计算。

关于地球的数据,还有很多很多,它们都可以帮助我们理解“地有多厚”的问题。可是,你如果要问:“那么,地到底有多厚?”这实在是无法回答。

这都是站在地球上看问题。现在人类已经登上了月球,站在月球上仰望天空,你会看到,地球,一个硕大的蓝色星球,静静地挂在天边。如果有一天人类踏上火星的土地——这一天并不遥远,在没有火星尘暴的夜晚,仰望天空,你会看到,我们的地球只是茫茫星空中一个不起眼的暗淡蓝点。在这种情形下,何处是天?何处是地?如果连“天”和“地”都分不清,那就更不知“天高地厚”了。

(作者:代 敏  字数:3105)

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