20 grunde til, at vi ved, at jorden er sfærisk

Foto af AJ Colores på Unsplash

I deres forsøg på at dække alle emnerne i det givne pensum fokuserer lærerne ofte mere på at skitsere resultater og sætninger; i modsætning til at tage os med på en rejse for at opdage, hvordan videnskaben blev afledt gennem uberørte ideer, eksperimenter og ofte elegant matematik. Et problem, dette fører til, er, at vi ender med at kende flere fakta og formler uden at huske, hvordan de blev opdaget, eller hvorfor de stemmer.

Viden, der har eksisteret i flere år, er især modtagelig for at blive taget for givet. Et sådant eksempel er viden om, at Jorden er sfærisk i modsætning til flad. I denne artikel bruges ordet 'sfærisk' let; Jordens nøjagtige form er en skrå kugleform, en type ellipsoid.

Vores størrelse i forhold til Jorden er for lille til at bemærke en kurve. For en lille væsen, der netop har lært at gå omkring et lille område på Jorden, ville der ikke være nogen umiddelbar indikation af, at Jorden er rund. Imidlertid indsamlede vores forfædre gradvist bevis, der modsatte den primitive opfattelse af, at Jorden er flad. Denne artikel er en rejse gennem alle ideer og observationer, der antyder, at Jorden er sfærisk.

1. Skibe og horisonten

Horisonten er den linje, hvor jordoverfladen og himlen ser ud til at mødes. Når skibe, der sejler væk, forsvinder ud i horisonten, gør de det helt nederst. Toppen forsvinder senere, hvilket skaber illusionen om, at skibet synker. Tilsvarende, når skibe vises fra horisonten, vises toppen først og derefter resten af ​​skibet.

2. Vi kan ikke se meget langt væk

Lad os sige, at du står på vestkysten af ​​Nordamerika på en klar dag. Mens du kan se solen og månen på himlen, som er ret langt væk, kan du ikke se Japan, hvis du ser mod vest. Årsagen til at du ikke kan se så langt væk på Jorden er, at lys bevæger sig i en lige linje og dermed ikke kan følge Jordens kurve.

3. Synlighed og forhøjede områder

Mange sejlere er opmærksomme på, at forhøjede områder af landet er synlige i større afstande end dem, der er mindre forhøjede. Hvis man står på et forhøjet område, er de desuden i stand til at se længere væk i afstanden sammenlignet med hvis de stod i en lavere højde. Jordens krumning er ansvarlig for disse observationer.

4. Andre planeter er sfæriske

Kviksølv, Venus, Mars, Jupiter og Saturn kan alle ses med det blotte øje. I 1781 brugte William Hershel sit teleskop til at observere Uranus 'bevægelse og opdagede, at det var en planet, ikke en stjerne, som man tidligere troede. Baseret på små forstyrrelser i Uranus 'bane, blev det derefter forudsagt, at en mere fjern planet også eksisterede. I 1846 blev Neptune opdaget at være denne planet (den blev også tidligere antaget at være en stjerne). Hvis de andre planeter i vores solsystem kan ses at være sfæriske, hvorfor skulle vores så være anderledes?

5. De fleste ting er sfæriske

Planeter er ikke kun sfæriske, men også stjerner og måner. Faktisk er naturens kræfter sådan, at genstande har en tendens til at dannes til sfærer, hvad enten det drejer sig om himmellegemer eller blot sæbebobler. I tilfælde af sæbebobler forårsager overfladespænding, der ønsker at gøre boblen mindre i alle retninger, den sfæriske form. I tilfælde af kosmiske genstande er det tyngdekraften, der forsøger at kollapse stof i alle retninger, da alle atomer trækkes mod et fælles tyngdepunkt.

Hvis et sfærisk objekt roterer, flater rotationen ud mod midten, hvilket gør sfæren bredere over ækvator og smalere på tværs af polerne. Dette skyldes, at i tilfælde af hurtig spinding overvinder centripetalkraften tyngdekraftsattraktionen, der prøver at skabe en sfærisk form. Jorden er et eksempel på dette, deraf den skrå sfæriske form. Jupiter er den hurtigst roterende planet i vores solsystem og er derfor mere fladt end Jorden. Solen roterer langsomt, men der er andre stjerner, der roterer hurtigt og også har flade former. Hurtig spinding er også grunden til akkrediteringsskiver til sort hul, solsystemer og galakser udviser fladede skiveformer.

6. Temperaturvariation fra ækvator til poler

Jorden vippes 23,5 grader i forhold til solen. Den nordlige halvkugle vippes mod solen i 6 måneder, mens den sydlige halvkugle vippes væk, og vice versa. Selvom ækvatoriale områder modtager direkte sollys året rundt, bruger polare områder derfor halvdelen af ​​året peget væk fra solen. Denne forskel i eksponering for sollys resulterer i højere temperaturer tættere på ækvator.

Jordens hældning forklarer også den ekstreme længde af dagen og natten på polære steder. Mens dagslængden ved ækvator næsten altid er nøjagtigt altid 12 timer på grund af, at ækvator altid modtager direkte sollys, påvirkes længden af ​​dagen og natten ved polerne af Jordens position i forhold til solen.

Jordens hældning er også grunden til, at der er fire sæsoner, og at når vi nærmer os ækvator, falder sæsonens intensitet, indtil de er fuldstændig ikke-lige ved ækvator.

7. Jorden drejer rundt om solen

Idéen om, at Jorden drejer sig om solen, blev først foreslået i det 3. århundrede f.Kr. af Aristarchus af Samos. På det tidspunkt havde de gamle grækere allerede regnet ud, at Jorden er rund, og havde endda beregnet jordens størrelse såvel som dens afstand fra solen og månen. Men det faktum, at Jorden kredser om solen, giver os mulighed for på flere måder at konkludere, at Jorden skal være sfærisk. For eksempel stiger solen og går ned. Da solen ikke bevæger sig meget i forhold til Jorden, skal jorden selv dreje rundt om sin akse for at dag- og natcyklen skal være mulig. For at Jorden skal rotere på denne måde, skal den være rund.

8. Skygger af pinde

Stænger placeret lodret i jorden på fjerne steder har skygger af forskellige længder. De gamle grækere var de første til at sammenligne skyggerne af pinde på forskellige steder. For eksempel fandt de ud af, at når solen lå direkte over hovedet et sted, kastede pinden næsten ingen skygge. På samme tid i en anden by kastede stokken der en skygge. Hvis jorden var flad, ville begge pinde vise den samme skygge, fordi de ville være i samme vinkel mod solen. De gamle grækere konkluderede ikke kun, at Jorden skal være rund, de brugte også skyggemålingerne til at beregne Jordens omkreds med anstændig nøjagtighed.

9. Tidevand

Månens gravitationsattraktion får havene til at bule ud i månens retning. Udbulingen forekommer både på den side, der vender mod månen og den modsatte side. Selvom det måske ikke med det samme er åbenlyst, hvorfor der er en bule på den modsatte side af månen, er grunden til, at jorden selv også trækkes mod månen og dermed væk fra vandet på ydersiden. Da dette sker, når Jorden roterer, genereres tidevand. Især fører dette til to (høje) tidevand hver dag. Naturligvis kunne dette kun ske, hvis Jorden var sfærisk.

10. Coriolis-effekt

Jorden roterer hurtigere ved ækvator, end den gør ved polerne. Dette skyldes, at Jorden er bredere ved ækvator, så et punkt på ækvator skal bevæge sig længere i et givet tidsrum sammenlignet med et punkt, der spinder ved en pol.

Lad os sige, at du har sat en pistol på Nordpolen, som er rettet mod et mål et sted på ækvator. Hvis vi antager, at pistolen er helt præcis, genererer nok strøm til, at kuglen kan nå ækvator, at der ikke er nogen forhindringer i vejen, og at der ikke er nogen vind, vil kuglen ramme målet? Sikkert ikke. Fordi målet er på ækvator, bevæger det sig hurtigere end pistolen, og kuglen vil sandsynligvis lande til siden af ​​det tilsigtede mål. Denne tilsyneladende afbøjning er Coriolis-effekten.

Vinden er som kuglen. Det ser ud til at bøje til højre på den nordlige halvkugle og til venstre på den sydlige halvkugle. Derfor hvirvler orkaner og andre storme mod uret på den nordlige halvkugle, mens de hvirvler med uret på den sydlige halvkugle.

Piloter er opmærksomme på Coriolis-effekten og tager den i betragtning, når de kortlægger langdistanceflyvninger. Det betyder, at de fleste fly ikke flyves i lige linjer fra oprindelse til destination.

Coriolis-effekten spiller også en rolle i eksistensen af ​​Jordens magnetfelt. Magnetiske felter produceret på grund af strømmen af ​​flydende jern i jordens kerne er nogenlunde på linje i samme retning på grund af Coriolis-effekten, hvilket fører til produktionen af ​​et enormt magnetfelt, der gennemsyrer jorden.

Derfor er Jordens magnetfelt og andre konsekvenser af Coriolis-effekten, såsom strømningsretningen af ​​vindsystemer i den nordlige og den sydlige halvkugle, alle testamenter til Jordens sfæriske form.

11. Tyngdekraft

Hvis Jorden var et fladt plan, ville dens massecenter være centrum af planet, og tyngdekraften trækker noget på overfladen i den retning. Dette betyder, at hvis du står tæt på kanten af ​​planet, vil tyngdekraften trække dig sidelæns mod midten af ​​planet.

12. Variationer i jordens gravitationsfelt

Jordens tyngdekraft er lidt svagere ved ækvator end ved polerne. Der er to grunde til dette. For det første, da et punkt ved ækvator snurrer hurtigere end et punkt ved en pol, er den udadvendte centripetalkraft ved breddegrader nær ækvator større og modvirker jordens tyngdekraft mere. Den anden grund er, at Jordens ækvatoriale bule (i sig selv også forårsaget af centripetalkraften) får objekter ved ækvator til at være længere væk fra jordens centrum end objekter ved polen, og tyngdekraften mellem to objekter er omvendt proportional med kvadratet af afstanden mellem dem.

Variationerne i Jordens gravitationsattraktion kan måles og giver konkret bevis for Jordens form.

13. Jordens skygge

Under en måneformørkelse er solen, Jorden og månen indrettet således, at Jordens skygge falder ned på månen. Jordens skygge er observeret at være buet, som planeten er.

14. Forskellige konstellationer på forskellige breddegrader

På et givet tidspunkt på Jorden på et givet tidspunkt vil ca. halvdelen af ​​den mulige himmel være synlig. Hvis du er nøjagtigt på nord- eller sydpolen, ser himlen ud til at rotere omkring dig, og du får ikke se nye stjerner, når tiden går. For andre punkter på Jorden ændres de synlige konstellationer, når Jorden roterer. Konstellationer, der er for langt nord eller syd, kan imidlertid ikke ses fra den modsatte halvkugle, fordi de altid ville være under horisonten. Konstellationer, der kan ses både over og under ækvator, såsom Orion, ser ud til at være på hovedet, når du krydser fra den ene side af ækvator til den anden.

Den første person til at observere denne forskel i synlige konstellationer og bruge den til at konkludere, at Jorden skal være rund, var Aristoteles (384–322 f.Kr.).

15. Dobbelt solnedgang

Det er muligt at se solnedgangen to gange på samme dag. En måde dette kan gøres er at lægge sig i et åbent felt, se solen gå ned og derefter hurtigt stige op, og du ville bemærke, at det ikke var gået helt ned fra denne højere højde. Du kan også medbringe en ven. Den ene af jer ligger ned, og den anden står, og begge prøver at sætte gang i, når solen går ned. Den stående person ville have uret lidt senere.

For en mere dramatisk effekt kan du gå til bunden af ​​et højt tårn, såsom Burj Khalifa i Dubai. Vær opmærksom på solnedgangen, og tag derefter hurtigt elevatoren til den højest mulige etage, der er åben for turister (elevatorerne kører 10 m / s). Du skal kunne se solen gå ned igen.

Denne dobbelte solnedgang ville naturligvis kun være mulig, hvis Jorden var sfærisk. Det modsatte eksperiment kan også udføres ved solopgang.

16. Kort er 2D-projektioner

Det er umuligt at flade en appelsinskal uden at forvrænge den på en eller anden måde (rive, strække osv.). Tilsvarende er det umuligt at fremstille et 2D-kort over Jorden uden at indføre forvrængninger med hensyn til form, afstand, retning eller landområde. Dette er grunden til, at der er flere kortfremskrivninger af Jorden, såsom Mercator, Gall-Peters og Robinson-projektioner. Hvis Jorden var flad, ville det være meget mere ligetil at producere et verdenskort.

17. Vi kan rejse verden rundt

Den første verdensomspændende undersøgelse i historien var en ekspedition af den portugisiske opdagelsesrejsende Magellan og hans besætning, afsluttet i 1522. Selvom 223 ud af de første 241 mand eller deromkring, der var på rejsen, var døde, inklusive Magellan selv, var de få resterende besætningsmedlemmer med succes kom tilbage til Spanien efter en tur rundt i verden.

I dag er de hurtigste militære fly i stand til at omgå verden på mindre end 10 timer.

18. Vi har fotografiske beviser

De første billeder af Jorden fra rummet blev taget i en højde over 160 km i 1947 ved hjælp af fangede tyske V-2-raketter fra 2. verdenskrig. I 2018 frigav NASA et billede af Jorden og månen taget fra en afstand af over 63 millioner kilometer væk, der viser Jorden og månen som isolerede lyse prikker.

19. Vidnesbyrdet er pålideligt

Vi kan stole på det faktum, at ingen kartograf, geograf eller fysiker nogensinde pauser for at tro, at Jorden måske er flad. Faktisk bemærker Vogel, at siden den 8. århundrede har "ingen kosmograf, der er værd at bemærke, sat spørgsmålstegn ved jordens sfæricitet."

20. Fysik styrer alt omkring mig

Flyvninger, GPS, satellitter og andre moderne teknologier fungerer på grund af vores forståelse af jordens form og størrelse til ekstraordinær præcision. Hvis vi havde taget forkert med selv små detaljer i vores målinger af Jorden, ville vi have fundet ud af det.