《物理故事三百篇》251-300.doc

251埃拉托色尼的巧妙计算　　物体在亮地里总有个影子，所以俗话说“形影不离”可是也有例外每年到了夏至这一天的正午，在埃及的塞恩一切垂直的东西都失去了影子　　　塞恩有一口枯井，很深，井口很小每年夏至日的正午，阳光可以一直照到井底当阳光正好垂直照射在塞恩的时候，所有垂直物体的影子都缩成了一个点，影子就消失了而塞恩以南或以北的任何地方，阳光和弧形的地面会形成一个夹角，所以会留下影子　　天文学家埃拉托色尼想，根据一个垂直物体所形成的影子的长度，可以求出阳光和这个垂直物体所形成的夹角如果从地球的中心画两条直线，一条引向塞恩，一条引向出现影子的地方，那么，根据几何上的原理，这两条引线所形成的夹角，等于阳光和这个垂直物体间形成的夹角只要知道了夹角的大小和它们对应的那段弧的长度，就可以算出地球的圆周长来　　有一年夏至，埃拉托色尼来到距离塞恩正北有5000斯塔迪姆的亚历山大里亚，在地面上垂直地面竖起一根木杆，量出它在正午时最短的影子，求出了阳光与垂直物体所形成的夹角大约等于7°一个圆周等于360°，7°大约等于360°的五十分之一埃拉托色尼因而求出了地球的圆周是250000斯塔迪姆1斯塔迪姆大约等于十分之一英里，250000斯塔迪姆相当于25000英里，即40000公里。

这个数字和现在已知地球的赤道为40076公里非常接近　　知道了圆周长，也就可以求出地球的半径：R=40000公里÷2π=6363公里它和现在已知地球半径为6357～6378公里当然也非常接近　　两千多年以前的天文学家埃拉托色尼，在没有任何仪器的帮助下，这样精确地求出了地球的大小，的确是很了不起的成就这完全是由于他对自然现象观察得非常细心，又对几何知识掌握得非常娴熟的结果　　少年朋友，你是不是也想自己试一试呢？　　在秋分或春分的那一天中午，你垂直地面竖立一根木杆，根据它的影子求出阳光和这根木杆所形成的夹角再从地图上量出你们在的地方到赤道的距离（因为这一天阳光中午垂直照在赤道上）按地图上的比例尺算出它的里程然后就可以用上面介绍的埃拉托色尼的方法，自己算一算，看看你测出来的地球是多大252首次证明地球自转的人　　目前，人们对于地球在围绕着太阳进行公转的同时，又进行自转这一真理已经确信无疑了大家可知道，第一次直观地证明地球自转的实验是谁做的吗？　　　1542年，波兰天文学家哥白尼提出了著名的“日心说”，向当时占统治地位的“地心说”进行了公开挑战，以后许多科学家和学者，如布鲁诺、伽利略等人又为这一学说进行了英勇斗争。

但由于当时历史条件的限制，他们都不可能做直观的、公开的实验，说明地球在自转　　1851年，是法国学者傅科第一次用实验的方法验证了地球的自转傅科的实验是在巴黎伟人祠进行的试验用的仪器主要是一个悬摆，是由一根约70米长的铁丝和一个质量为28千克的摆球组成的实验时，他把悬摆挂在伟人祠的大圆顶下面，并采取措施使这个摆能在任何平面内自由摆动然后在地面上找出正对着悬挂摆的那一点再以该点为圆心，围上一圈栏杆，并使这个圆周的半径保持在3米左右最后，在栏杆上撒一层细沙，当悬摆摆动时，尖端就会碰掉沙子，以便测算必要的实验数据　　从这个公开演示中，人们直观地看到悬摆摆动的平面是沿着顺时针方向改变方位的经测算，这个悬摆的运动平面在1小时内改变11度多，约32小时摆动一圈，由栏杆上那一圈沙脊就可以算出，每摆动一次，摆动平面就移动3毫米这样，通过傅科实验，直观地证明了地球的自转对于天文学发展来说是一个重大的贡献253地球直径是怎样得来的　　公元前210年6月，盛夏的烈日高悬在埃及亚历山大古城的上空行人都不愿在骄阳下久留，只有一位秃顶的老人，肩披一件白色宽袍，跟着骆驼的步子骆驼冉冉向前，每走一步，驼铃就“当”的响一声。

老人聚精会神地数呀数，当骆驼走完一千步，老人就在手中的一根木棍上刻上一道刀痕就这样，老人随着骆驼队在炽热的沙漠上朝南走，一直走到阿斯旺　　　经过几十次反复地测量，老人终于算出了从亚历山大古城到阿斯旺的距离，还利用正午太阳的投影计算出地球子午线的长度，然后推算出地球南北极之间的直径是12630824米这是人类第一次推出地球的极直径这位老人就是古希腊的科学家埃拉托色尼　　经过了1763年，到1553年春，巴黎的费涅尔博士乘着马拉的轿车，驶向避暑胜地亚眠他一面闭目养神，一面数着车轮的转数车到亚眠，他量了一下轿车轮子的直径，坐下来就算起来了不一会儿，博士就算出了巴黎到亚眠的距离接着，他也利用了正午太阳的位置，算出极直径的数值是：12680253米　　又过了近200年1735年5月16日，一艘法国军舰护送着一支由天文学家、数学家和制图学家组成的考察队，从法国的拉罗舍尔港出发，直驶南美舰上配备着当时最新的测链、转镜经纬仪、望远镜等仪器经过8年的考察，1743年，他们宣布了极直径的数值：12707216米1841年，著名的德国天文学家贝塞耳精心计算了关于地球的一系列数据他宣布，地球的极直径应该是12712156米。

第二次世界大战结束后，美国空军利用先进的航空测量技术，又作了一次更为精确的测量结果是12713756米60年代初，科学家借助于人造卫星和电子计算机，算出了极直径是12713884米　　1976年，国际天文学家联合会宣布了地球赤道半径的数字，根据这个数字推算，极直径应该是12713510米这个数字以后还会不会再次修正呢？少年朋友如果有兴趣的话，让我们拭目以待吧！254向月球城迈进　　1967年7月21日，美国两名宇航员乘坐“阿波罗”飞船首次登上了月球　　后来“阿波罗”12、14、15、16、17号飞船又将10名宇航员送上月球　　他们采回382公斤月球岩石和土壤，还在那里设立了5个核动力的实验装置　　苏联的“月球”号无人飞船也几次在月球着陆和采集样品　　所有分析结果都表明：月球十分干燥，毫无水的痕迹人们不再怀疑，月球确实是一个没有生命的世界月球上虽然是一片荒凉，但却有许多宝贵的资源人们已经发现55种矿石，其中6种矿石是地球上没有的月球的岩石和土壤中有20～30%的金属，其中有铁、铅、钴、钛等，30%的硅和4%的氧，另外还有放射性元素铀和钍等使科学家们感兴趣的是，月球上有大量的钛铁矿，它们的含氧量很高。

把这些矿物进行分离处理，就能得到各种金属材料，同时获得大量的液态氧和氢气，不仅能满足人们生活和加工的需要，还可以作为轨道转运船的燃料科学家预测，月表城将在2017年以前出现它实际上只不过是一座月球工厂工厂的设备和人员将乘轨道转运船分12次到达月球　　建设月球的先遣队机器人、挖土机、推土机等设备，在地面的遥控下工作待工程初具规模后，才有3～7名宇航员分批登上月球　　宇航员们居住的舱室埋在坑内，四周堆盖1～2米厚的月壤，以防止强烈的宇宙辐射在开始阶段，月球建设者所需的生活用水、食品和氧气等都是从地球上运去的，使用过的水，通过生命再生系统循环使用，氧气不成问题，因为第一批月球工厂几乎全是制氧厂夜晚长达15天，利用太阳能不方便，动力可能来源于核电站　　随着大批建设者的到来，工厂和城市的界限越来越模糊了　　月球的矿石大部分存在于浅表面层，可以用简单的露天开采法采矿月球工厂只能处理很少的一部分大部分矿石要通过大炮一样的电磁发射器抛射到空间一个集矿站，然后由运输船运回同步轨道上的空间工厂或地球月球离不开水，好在已经可以大量生产氧气，只需补充一些氢就可以了月球的土壤里几乎包含着植物生长所需的全部矿物质，问题是还缺少一些氮气。

　　经过人们一番努力，月球温室里将郁郁葱葱地长满了蔬菜和瓜果这样又将产生最早的一批月球农民月球上最忙碌的地方是航天港口，除了装满巨大球形液氧罐和转运渡船不断地起降外，月球居民还得接待越来越多的旅游者，为他们安排住宿和参观　　神秘的月球将是21世纪人们最向往的地方，可望而又可及255月亮在远去　　1963年，美国科学家威尔斯发现：珊瑚外壁上的环，能代表每年的生长物，而相邻两环之间的生长脊数，就是地球公转的周期，一年应有的天数因此，用珊瑚化石，就可观测地球公转速度不断变化的情况在6000万年前，每年约有402天因此人们将珊瑚化石叫珊瑚计时器同样的鹦鹉螺化石，也能反映月球的情况1978年，美国科学家卡姆和普鲁庇发现鹦鹉螺化石与月球围绕地球旋转的周期有关鹦鹉螺是一种软体动物，壳体作包卷状，直径二三十厘米壳质薄而脆，壳体内部被许多模板分隔成若干小室叫气室，最外的一室体积最大，为动物的肉体和内脏所在每个气室的外壳上有着一种生长线，每个生长线是一天的生长痕迹，每个气室正是一个月的生长物现代的鹦鹉螺，每个气室恰是30条生长线，和现代的塑望月完全一样而古代的鹦鹉螺化石，则不同于现代500万年前，鹦鹉螺的每个气室只有9条线；345万年前，每个气室只有15条线。

由此可见，月亮围绕地球旋转的天数，古代较少，现代愈来愈多这是由于月球围绕地球的运行轨道愈来愈大，离我们愈来愈远的缘故他们二人还利用万有引力学说进行计算，计算结果完全符合鹦鹉螺化石的反映，而由此推断出：400万年前，地球和月球之间的距离，只有现在地球与月球距离的43%，7000万年间，月球远离地球的平均速度为每年94.5厘米，而且现在仍在进行　　　由此可见，月亮确实在逐渐远离地球而去256令人神往的月亮村　　美国休斯敦约翰逊航天中心领导人温德尔·门德尔已正式向白宫提交了向月球上殖民的计划他声称“航天飞机事件对宇航计划毫无影响”，并证实说，第一批月球新村将在20年后搬到月球上去　　　在巴西的圣卡塔林岛，美国科学家正日以继夜地营造“生物圈-1”号，为将来在月球上建立永久性的地球外人类新村进行一系列的工作未来的“月亮人”将与外界断绝关系，进入这座人造综合工程，在模拟的太空城中生活两年　　在月球上殖民计划将分段实施第一阶段是从1997年开始，发射出去的人造月球卫星在围绕着月球的轨道上旋转，其任务是探定在月球上殖民的最佳地区这块殖民地应是令人惬意的小角落，具有丰富的可开采的矿物资源，而且地面又必须结实可靠。

届时，将派勘测队实地制定未来的月亮村施工计划，然后开始向月球殖民并运去基建机械，诸如掘土机、推土机、起重机等地球外的第一个人类新村将建筑在一公顷见方的岩石上，地基用微波技术加以硬化处理在这片月球地面上，首先安装“集装箱”巨型管道（直径6米，长18米），它们彼此连接成等边六角形；首批“月亮人”在“集装箱”内赖以栖身然后又把一个个六角形彼此连接起来，就像蜜蜂营造蜂房一样形成建筑群，里面可以容纳一百人生活第一个月亮村将用21根“集装箱”管道连成3个六角形在每个六角形中间，用高压空气的办法鼓吹起18米高的巨大圆仓第一个仓作为生产食物的农场；第二个仓作为月球表面研究实验室；第三个仓则是“月亮人”的公寓　　那么，人们将怎样在月球上生活呢？这跟在太阳能基地生活有点类似，但要更为深居简出因为月亮没有大气层，各种对人体器官有害的宇宙射线得不到过滤减弱而且这个地球的天然卫星会遭到规模不等的陨石雨的轰击唯一的办法是用月球上的沙土装成沙袋，在我们漂亮的月亮村上面堆一层缓冲层，外形酷似金字塔　　自然，这个小小的世外桃源会让人想起鼹鼠掘洞时形成的小土穴庆幸的是，在月球上生活也有其优越条件：由于月球引力比地球小得多，又没有大气包围，就可以用极少的能源来完成许多任务。

我们在月球上将减轻自身的重量，我们个个将飘飘欲仙……月亮城比空间轨道站的最大优越性在于，人们可以稳当地直立，人的骨头也不会失钙，不会有恶心的反应而且太阳能是充沛的，很容易收集这些能源可以满足未来月亮居民的需求　　登月考察结果表明，月球有丰富的矿产资源，月表岩层含有4%的氧，20%的钴，20%的硅。