如果我們站在一個視野開闊的地方,如平原、山頂,當我們眺望遠方時,就會看到天地相交于一條直線,這條直線就是地平線。
平原視野
山頂視野
我們慢慢地向右轉動視線,再向右,再向右,就不難發現,地平線其實是一個環繞我們的圓圈,當然那是一個極其巨大的圓圈,天文學家管它叫地平圈。
中國有一道古詩“天似穹廬,籠蓋四野”,就是說,天像一個中間高,四周下垂的拱形帳篷,或者說天像半個巨大的球殼,覆蓋在遼闊的大地上。而且無論你站在什麼地方,你都會覺得你站在這個巨大半球的正中心。
這種感覺,在山頂特别明顯。
大家以後出去遊玩的時候,遇到視野較好的地方,可以親自感受一下地平圈是不是圓形的,天空是不是一個半球。
二、地平線離我們有多遠?有了前面對地平線的認知,我們運用簡單的平面幾何學知識,就能計算出地平線與我們之間的距離。
上圖中的球體表示地球,A點是我們腳與地面接觸的點,C點是我們眼睛的位置,高度h表示我們眼睛離地面的高度。
CM、CN與球體相切,切點M、N以下的區域,被遮擋住了,我們的眼睛無法看到,因此M、N是我們眼睛能看到的最遠的地方,也就是我們說的地平線,MDN組成的圓圈就是地平圈。
我們眼睛與地平線的距離,可以用CN表示,隻要求出CN的長度,我們就能知道地平線離我們有多遠了。
上圖中O點是地球的球心,地球的半徑我們用R表示,OA=ON=R。因為N是切點,所以角ONC為直角。利用勾股定理,我們可以得到下面等式:
即:
于是:
我們知道地球的半徑大概是6400km,也即R=6400。而人的眼睛距離地面在1米到2米之間,假設是1.6m,則h=0.0016,這時就是一個特别小的數值,我們可以将它舍棄掉,于是:
,
當我們眼睛距離地面是1.6米高時,h=0.0016km:
也就是說,我們一個中等身材的成年人站在草原上,視力觀察的極限也就大概4.53千米,我們看到的地平圈面積大概是64平方千米,和我們想象中一望無際的大草原相比,這個面積就相當小了。
如果我們站在100米高的樓頂,又能看到多遠的地平線?
這時,h=0.1km,
也就是說,站在100米高的樓頂,我們的視力極限是35.78km。
如果我們坐熱氣球來到1000米高的空中,這時h=1km
這時我們的視力極限是113.14km。
好了,這一講就到這裡了。
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