人眼 假如坐飞机一直往高处飞,到多高的距离可以看到地球是圆的?

地球是我们赖以生存的美好家园,从许多太空图片中,我们可以看到地球这颗湛蓝的星球,与月球一起悬浮在星际空间中,那种宇宙空间的浩瀚、地球的美丽和人类的渺小,在此刻形成了强烈的反差和完全的结合,这种感觉着实震撼。而我们所看到的地球在宇宙空间中的图片,绝大部分是人工合成的,有一些是探测器和宇航员在离开地球以后,距离很远的地方拍摄的。那么,如果人们要实地用自己的肉眼,亲自观察到完整的球状地球,至少需要在多高的区域呢?


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人类对地球形状的观测和研究历史
人类祖先自从登上历史舞台,开始依靠智力来征服、改造自然时,不但会仰望星空思考宇宙的奥秘,而且还会俯视大地,对人类自身以及脚下大地是什么样的、怎么来的进行深层次的“灵魂拷问”。在近现代以前非常漫长的人类社会发展进程中,受限于认知水平以及观测条件的限制,人们习惯于地处“天圆地方”的概念之中,根本没有地球是球体的概念。后来,随着航海技术的进步、数学理论的发展和观测设备的完善,人们才逐渐改变了传统的观念。


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其中,最为直观的方法就是环海航行,无论是西方国家的麦哲伦,还是我国的郑和,都通过漫长的航海历程,证明了地球是球体的结论。而在我们的日常生活中,通过观测船只在海面上航行的远近状态,也能间接证明地平线不是平的。比如,当海面上的船只靠近我们时,我们会先看到船的桅杆,然后再从上到下依次看到船体的其它结构部分。


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而在距今更远的时代,公元前5世纪时,古希腊的数学家毕达哥拉斯,就提出了地球是圆的设想。在公元4世纪时,古希腊科学家亚里士多德,通过观察月食发生时在地球在月球上的投影变化,发现阴影边缘具有明显的弧形特征,从而最早通过天体投影的观测方法,推测出地球应该是一个球体。


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除此之外,在17世纪时,伟大的物理学家牛顿发现了万有引力,而且应用这个理论进行了诸多关于地球重力常数的测量,结果发现无论是在地球的哪个地点,重力常数的差异都非常小,如果地球是方形、片形或者其它不规则的形状,则不会出现这种情况。另外,牛顿还根据测量出重力常数在不同区域的微弱差异,提出了地球是一个赤道半径比两极半径稍大的扁平球体的论断。


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再后来,随着科学技术的飞速发展,进入20世纪50年代之后,人类向外太空开始陆续发射大量的人造卫星和天体探测器,以照片的形式更加直观地看到了地球在宇宙空间中的球体形态,而且学精确测量出了地球的赤道半径、两极半径和扁率。


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处在高处就一定能看到那球是球体吗?
这个未必。最关键的因素就是,地球的尺寸非常巨大,其半径达到6357-6378公里之间,而我们在地球上的目视范围非常有限,如果在天气条件允许的情况下,人眼看到最远的视线,即是从人眼出发,与地球形体表面的切线,那么这个切线的长度所对应的距离,就是人眼所能看到的最远距离,我们可以根据勾股定理,很容易计算出:如果人处在地平面上(身高1.7米),看到的最远距离为4650米。


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假如人站在珠穆朗玛峰的峰顶,此时人离海平面的距离为8848.86米,与山脚下周围高原的平均海拔差为3700米左右,那么按照上述方法,也可以计算出,此时人眼能够看到的最远距离约为217公里。这个距离与地球的半径相比,仍然相距甚远,用肉眼根本不足以觉察出地球表面的曲率。当然,无论是站在地表,还是站在珠峰峰顶,视野还要受到山脉、云层、悬浮颗粒物或者高层建筑等方面的阻挡影响,用肉眼也很难分辨出完整清晰的地平线。


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那么,在国际空间站上呢?国际空间站距离地表350公里左右,那么根据勾股定理,此时人眼能够看到距离空间站1624公里,这个时候是否可以看到一个完整的球体呢(正对着空间站的一半)?也不能,这由两方面的因素所决定,一个是人眼的视角范围为120度,而在空间站上向地球两侧观看切线的夹解,通过计算达到了152度,已经超过了人眼的可视范围,所以在人眼的视野内只能看到部分地球。另一方面所观测的地表区域,其弧度也仅是38度,这也就意味着即使能看到的地球,可以全部收入眼中,那么这部分区域也仅占到地球总表面积的约五分之一,看到的也仅是地球的一部分而已。

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