地球是圆的,为什么海面看起来是平的?

地球是圆的,但海面看起来都是平的。地球表面有70%被海水覆盖,我们望不到海洋的尽头,风平浪静的海洋看起来完全是平的,丝毫没有弯曲的样子。那么,这究竟是怎么回事呢?

简单来说,地球表面相对于人类而言太大了,我们在地球上根本看不出弯曲的地表。不过,在某些情况下,我们可以推断出海平面是有弧度的,而非完全平的。

如果在海边眺望地平线,有船只从地平线远方驶来,我们不会一下子看到整艘船,而是会先看到船的桅杆。当船只逐渐驶来靠近我们时,我们才会看到慢慢看到船身。同样地,当船只驶向地平线远方时,船身先消失,桅杆随后才会消失。

从这种现象可以看出,海洋表面其实是有弧度的,我们只能看到一定距离,更远的地方被弯曲地表所阻挡。如果海平面完全是平的,就不可能看到船只不同部分的消失和出现不是同时的。古希腊科学家正是通过这样的方法,最早认识到地球是圆的。后来,麦哲伦船队首次完成环球航行,更进一步确定地球是一个球体。

那么,我们所看到的地平线离我们会有多远呢?

如上图所示,根据勾股定理可得:

r^2 + d^2 = (r+h)^2

其中R为地球半径,h为观测者的高度,d为地平线的距离。

上式经过化简之后,就能得到地平线的距离:

通过计算可知,站在海滩上,地平线离我们其实只有大约4.5公里,这样的距离远不足以看出海面的弧度。而在1万米的高度(民航飞机的巡航高度),我们所看到的地平线大概在360公里之外。即便如此,相对于广阔的地球表面,在1万米的地方也是看不出地球的弧度。要知道,地球的大圆周长超过4万公里。

事实上,只有到了太空中,也就是从距离地表100公里的地方开始,才能看到地表有了明显的弧度,海洋看起来将不会是平的。在100公里的高度,所看到的地平线在1100公里之外。到了距离地表3500公里的地方,将可以看到一整个地球。

另外,如果把地球表面的海水全都抽干,整个地球看起来还是非常圆的。因为海洋平均深度只有3.7公里,最深的地方也不到12公里,这与将近6400公里的地球半径相去甚远。