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在高空客机上能感觉到地球地平线的弧度么?
送交者: 高玉宝 2018年07月15日12:28:41 于 [五 味 斋] 发送悄悄话

现在竟然还有人相信地平说,觉得有点不可思议。有人推销地平说,我不觉得奇怪,因为推销杂七杂八东西的大有人在,如这个教那个功、这个大师那个神医的,五花八门不在少数。我奇怪的是竟然会有好多人会接受地平说。地平主义者的一个论点,就是说要是地球(当然有的语言中,如英语,地球的名字中不带球)是个球,那怎么在飞机上看地平线,地平线不是弧形的?当然去跟地平主义者认真辩论是毫无意义的,但我觉得为什么在飞机上看,地平线不是弧形的这个问题倒还是有点兴趣的。其实这个问题,我自己也曾想过,但没有认真去考虑。我的结论就是飞机高度不够,人们觉察不到地平线的弧度。前两天有网友也提了这个问题,我建议可以计算一下,看在空中的飞机上看地平线,弧度有多大,我们能不能觉察出来。

今天吃过午饭后没事干,我就想何不就来算一下呢?下面图中,那个圆代表地球(通过地心的截面,假定地球是个正圆球)。字母o代表地心,r代表地球的平均半经(r = 6371公里),h代表客机飞行高度(不成比例),b则为从飞机上看到的地平线所组成的圆行地面的半经。

airplane.png

假定 h = 12 公里(一般大型客机的飞行高度),那么我们可以得(精确到米):

c = sqrt((r+h)^2 - r^2) = sqrt((6371+12)^2 - 6371^2) = 391.213公里

b = c * r / (r + h) = 391.213 * 6371 / (6371 + 12) = 390.478 公里

a = sqrt(c^2 – b^2) = sqrt(391.213^2 – 390.478^2) = 23.970 公里

就是说,在12公里高空看到的地平线,就相当于在一个半径为390.478公里的圆盘中心上空23.970公里的高度看这圆盘的边缘。那么这圆盘的边缘在我们的眼里,弧度究竟有多大呢?这个可以根据我们的视野角度计算出一定跨度的弧线的高度来表达,即一弧线最高处与连接此弧线两端的直线(弦)的距离。比如,跨度10厘米、高度一毫米的一根弧线,我们基本上是感觉不到这弧度的(除非有弦在供参照)。但我在这里不给出具体的计算(谁感兴趣可以试试),只是给出一个大家可以体验的实感方法。

上面这个计算结果意味着,在12公里的高空的飞机上看地平线,就相当于一个身高1.8米的人站在半径为29米的圆盘中心,看这圆盘的边缘。也相当于你在一个直径为2米的圆桌边缘,眼睛在离桌面12厘米的上方看圆桌正对面的边缘(也就是在圆桌中心上方6厘米处看圆桌边缘)。

如你有其它直径的圆平面的物体,你可以用下面方法体验。

y = 23.970 / 390.478 = 0.0614

用0.0614乘上此物体的直径,得到的数字就是你眼睛在此物体边缘上方的高度,看正对面的边缘。

当然在高空飞机上看地平线,地平线不会象物体边缘那么清晰明了,所以更不易看出弧度。当然我也忽略了光线在接近地面处的可能折射。另外得指出的是,我这并不是证明了地球是个球体,而只是回答了如地球是个球体,我们在飞机上看地平线,能否觉察到弧度的问题。


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