“地球形状”认识的演变

如果我们现在穿越到上古时代的中原大地，居住在黄河流域的部落中，以天为被，以地为席，不事农桑，全力围猎，以便果腹，居无定所，饱经风霜，大自然的风云变幻让我们战栗，因为它可能时刻夺走人的生命。在人命如蝼蚁、草芥的年代，人们对自然的敬畏尤甚。此时，偶尔抬头望天，也是“坐井观天”，我们会认为自己所在的地方才是大地的中央。所以才会出现“中国”（指中原黄河、洛水地区，因其在四方之中，以区别东夷、西戎、南蛮、北狄这四夷而称）、“亚细亚”（指日出的东方）和“欧罗巴”（日落的西方）等名词。此时，以自我为中心的狭隘角度，代表着最原始的地球观。

公元前21世纪，中国人还在大禹的统治下，可能还处在没有完全脱离部落生活的原始社会，但已经有“羲和制浑天仪”的说法。羲和是神话传说中驾御太阳的神，也有传说认为羲和是东夷人祖先帝俊的妻子，她生了十个太阳。这位不同寻常的羲和制定了时历。这时的浑天仪是什么样的，谁都没有见过，但是“浑天”的样子大致是：天和地是连在一起的，它的形状像鸟的卵，天包在外面，就像鸟壳包裹着蛋黄，四周没有尽头，形状浑圆，所以就叫作浑天。虽然早期的“浑天说”没有“大地是球体”的思想，但已经有了大地像“蛋黄”的想象实属难得。

古埃及、古印度、古巴比伦都有关于天和地形状的传说。但如果说最具有科学意义的，还是古希腊毕达哥拉斯（Pythagoras，约公元前580～约公元前500）学派的弟子们对地球的认识。毕达哥拉斯是古希腊数学家和哲学家，出生于爱琴海东部的萨摩斯岛，成年后又游历了巴比伦、印度、埃及等文明古国，后来来到意大利的南部开堂收徒授课，宣传他的数学和哲学思想。他的影响力越来越大，最后与他的门徒们形成了一个类似于政治与宗教的团体，即“毕达哥拉斯学派”。毕达哥拉斯学派的门徒们常常登高望远，在晨曦与夕阳中观察太阳出入地平线的情况，也关注月食时大地的影子，从而大胆推测大地是球形的。毕达哥拉斯学派门徒们是根据大地的弧线来推测的，他们认为，只有数学中最完美的球形才配得上大地的荣耀。

时间到公元前11世纪，中国周代的能人姬旦（？～公元前1105，常被称为“周公”）提出了“盖天说”，即“天圆地方”（天圆如张盖，地方如棋局）。姬旦的前瞻性贡献是设立了一个类似于后来的天文台的机构，用来测量太阳与地球的关系，所以他大大促进了天文、历法和测量学的发展。在其后相当长的时间里，周公的言说成为中国统治阶级和士大夫的圭臬，也是文明和进步的象征，但这极大限制了中国科技的发展。此时的埃及和巴比伦，也都有与“天圆地方”说相类似的理论。

公元前2世纪，我国进入第一次辉煌的封建社会（史家认为，我国封建社会有三次强盛期，一是西汉的“文景之治”，二是唐朝的“贞观之治”，三是清朝的“康乾盛世”），到汉武帝时，帝国更加强大，就有官员制作过浑天仪。而到东汉时，张衡（78～139）在他的《浑天仪图注》中详细而形象地用“鸡子”比喻“浑天”，用“弹丸”比喻“天体”，用“蛋黄”比喻“大地”，也说明了天和地的运行规则，与托勒密的“地心说”如出一辙，但是比托勒密（Claudius Ptolemaeus，约90～168）早二三十年。当然，托勒密严密的数学模型和地球是宇宙的中心的科学研究体系，这是张衡所无法望其项背的。

张衡

浑天说图示

当时，早期的“盖天说”也因为受到“浑天说”的冲击而进行了改进与修正，其中最大的改进是不再坚持“地是平的”，而认为大地是“拱形”的。

当历史的车轮滚到中世纪，不但中国，全世界都笼罩在皇权极权思想的严苛的统治下，科技发展举步维艰。但英国著名哲学家、自然科学家和炼金术士罗吉尔·培根（Roger Bacon，约1214～1293）坚定地认为“地球比月球大、比太阳小，地球不但绕轴自转，也绕日公转”，他为他的“异端邪说”付出的代价是15年的牢狱之灾。而此前，他已因类似的原因有过10年的幽禁生活。在当时整个欧洲宗教神权思想强大的压力之下，罗吉尔·培根的思想并没有多大影响力。1327年，意大利学者皮耶特洛·德·阿斯科里也因为坚持“地球是球形”的学说，被天主教裁判所判处火刑而殉身科学，他是人类历史上第一位为科学殉身的自然科学家。

随着西方资本主义的发展，殖民统治和扩张成为西方社会发展的方向，欧洲人越来越期望能获得更大的自然资源，所以航海业高度发达。此时，一大批地理学家和航海家纷纷出现。意大利地理学家托斯康内利（Toscanclli P，1397～1482）就从“地球是个球体”的角度出发，编制了一张从西方到东方的航海图。早在1474年时，意大利人克里斯托弗·哥伦布（Cristoforo Colombo，1451～1506）就曾写信向托斯康内利请教从海上去印度的最短路线，托斯康内利的回答是“通过大西洋到黄金和香料王国，是一条比葡萄牙人所发现的沿非洲西海岸的道路更短的途径”。哥伦布在西班牙女王的资助下远航，于1492年10月12日发现了陆地，他误以为到了印度以东的岛屿，就将此岛命名为“印第安群岛”，将此地的土著人称为“印第安人”。而他开辟的从欧洲横渡大西洋到美洲的航路，并发现美洲新大陆的功绩，已经创造了一个新历史。其后他又三次出海远航。1502年，意大利航海家亚美利哥·韦斯普奇（Americus Vespucius，1454～1512）发现，他们到达的大陆不是亚洲，而是一个全新的大陆，他就以自己的名字“亚美利加”（即美洲，16世纪后许多书籍都称美洲为“亚美利加洲”）来称呼它。

当然，人类历史上真正意义上的第一次环球航行，当属葡萄牙航海家斐迪南·麦哲伦（Fernando de Magallanes，1480～1521），他受到了西班牙国王的资助，以5条旧船，265名船员，在1519年9月20日从西班牙的桑卢卡尔港出发，历经苦难，一年后从南美洲南端的一条海峡（现被称为麦哲伦海峡）进入太平洋（因船队在此大洋上航行三个月，海面风平浪静，所以取名太平洋）。1521年3月，船队到达菲律宾的马索华岛。由于12年前，麦哲伦曾经从欧洲向东来过东南亚，现在船队又从欧洲向西来到东南亚，这充分说明地球是圆的。但遗憾的是，麦哲伦并没有看到胜利的果实，他在宿务岛停泊时企图挑起当地民族纠纷而在马克坦岛被菲律宾人击毙。这是人类第一次拥抱地球，结束了对地球形状争论不休的历史。

“地球是圆的”，这种观点是在1584年由意大利天主教传道士、学者利玛窦（Matteo Ricci，1552～1610）在肇庆编绘了第一幅世界地图——《山海舆地全图》后传入中国的。此时正是中国的明朝，利玛窦的思想致使中国古代传统宇宙理论被扫入历史的垃圾桶，开拓了中国天文学家和一些士大夫的视野，改变了他们的思想观念，激发了中国天文学家进一步去研究宇宙，并对东西方宇宙观作比较研究，发展中国的天文学和历法。

地球是圆的，那么地球是正球体吗？如果按毕达哥拉斯学派的哲学思想，只有正球体才是完美的，那地球就应该是正球体。

但现实并非如此！

1671年，法国天文学家皮卡尔（Jean Picard，1620～1682）通过望远镜观测恒星，精确地测量了地球的周长和经度1°的长度。他的测量方法是“以恒星代替太阳，用一个点代替一个大天体”，大大提高了测量精度。作为法国科学院的创始人之一，并参与创建巴黎天文台的天文学家，皮卡尔利用惠更斯（Christiaan Huyg（h）ens，荷兰物理学家，1629～1695）的测微器和自己的方法，测量出赤道上1°经度为61.9英里，所以地球的周长为24.876英里，半径为3950英里。这个数据与今天的值已经非常接近了。正因为有如此“精确”的数值，才使得牛顿发现自己1666年计算的月球运动的数据是错误的。这一结果无疑验证了牛顿的万有引力定律，而对万有引力定律的科学利用则更进一步推动对地球形状的认识。

1672～1673年，法国天文学家里希尔（Jean Richer，1630～1696）在今法属圭亚那首府卡宴（52.5°W，5°N）进行天文观测，发现由巴黎带来的摆钟每天会慢2.5分钟。他经过研究怀疑：由于地球并非正球体，才会引起赤道上的重力值与非赤道地方不同。里希尔的“怀疑”被认为是挑战了巴黎科学院的权威，他遭受了被巴黎科学院开除的不公正待遇。

值得指出的是，牛顿和惠更斯都发现，像地球一样旋转的天体，都应该是两极稍扁、赤道略鼓的“扁球体”，而不是正球体。

如果将里希尔的发现称为“扁球说”，那么以意大利天文学家G.D.卡西尼（Giovanni Domenico Cassini，1625～1712）为代表的学说可称为“长球说”（即两极长、赤道短）。其后G.D.卡西尼的次子J.卡西尼（Jacques Cassini，1677～1756）领导了巴黎天文台，坚持他父亲的保守观点。而C.F.卡西尼（César Francois Cassini de Thury，1714～1784）和J.D.卡西尼分别是J.卡西尼（1677～1756）的儿子和孙子，他们也分别担任过巴黎天文台台长。一门四代成为天文学家，其中三代成为巴黎天文台台长，这是多大的荣耀！但由于他们应用了“实测子午线长度中存在误差的数据”，导致他们在地球形状的认识上抱残守缺。

为了解决教会坚持的“正球说”与“扁球说”“长球说”的纷争，在国王路易十四的支持下，巴黎科学院派出了两个科学考察队去测量相差1°的两条纬线之间的经线长度。一个考察队去了北极圈附近的拉普兰地区（北纬66°22′），另一个去了南美的秘鲁－厄瓜多尔地区（南纬13°31′）。1744年，巴黎（北纬48°2′）、拉普兰和秘鲁三个地区的测量数据公布，拉普兰地区（高纬区）的相差1°的两条纬线之间的经线长度最长，秘鲁地区（低纬区）最短，巴黎（中纬区）居中。牛顿支持的“扁球说”获得胜利。

随着科技的发展，科学家们越来越准确地测量出地球的极半径和赤道半径，这样就计算出了地球的扁率。

巴黎科学院并非人类历史上第一次证实地球是扁球体的组织，我国在清康熙四十一年至五十六年（1702～1717）期间，清政府曾委派几位西方传教士带领一批中国科学家在国内开展大规模的大地测量，得到的结果说明地球是“扁球体”，只是当时信息交流不畅，否则牛顿就不用走弯路了，巴黎科学院也不必劳师动众了。

之后，许多科学家提出了不同的关于地球形状的理论。

德国著名数学家、物理学家、天文学家、大地测量学家高斯（Johann Karl Friedrich Gauss，1777～1855）首先提出用水准面作为地球数学形状，后经法国科学家拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace，1749～1827）、法国数学家勒让德（A.M.Legendre，1752～1833）、英国数学家格林（George Green，1793～1841）等努力，最终由英国物理学家斯托克斯（George Gabriel Stokes，1819～1903）在1849年提出斯托克斯定理，即水准面形状理论。

1852年，法国地质学家鲍蒙（EliedeBeaumont，1798～1874）提出地球收缩说，认为地球在基本成形后继续收缩，形成5角12面体。1857年，英国古生物学家欧文（Richard Owen，1804～1892）则认为地球收缩出现的不是5角12面体。英国数学家劳·格林（Willian Lowthian Green，1819～1890）进一步通过数学方法得出地球会形成四面体的结论。而法国人拉尔曼（Lallemand）通过模拟实验，得出地球类似于四面体的形状。

进入20世纪后，地球“三轴椭球体”理论盛行，其中就有芬兰人希尔伏宁（Hirvonen R A）、苏联学者克拉索夫斯基（Krasovski，Kheodosi Nikolaevich，1878～1948）的贡献。因为意识形态的原因，克拉索夫斯基的椭球理论被我国在相当长的时间内广泛使用。

至1957年第一颗苏联卫星上天后，人类利用卫星测定地球，获得了地球是“正梨形”的结论。但科学家在测量地球重力场时获得的资料得到地球是“倒梨形”结论，这两个几乎相反的结论让人一头雾水。2006年，“梨形地球”的观点被中国地震局地震预测研究所研究员郗钦文否定。

关于地球形状的认识还远没有结束，随着科技的发展，人们对地球的认识也越来越逼近真实，这才是人类认识地球真面目应有的态度和历程。