跳至內容

大地測量學史

維基百科,自由的百科全書

大地測量學是一門測量和描繪地球的學科。人類很早就開始研究自己所居住的星球的形狀和大小,整個大地測量學的發展史也就是人類對地球不斷認識的一個過程。人類對地球形狀的認識經歷圓球→橢球→大地水準面→真實地球自然表面這幾個階段,對地球形狀認識的進步反映出了大地測量學的發展。

地球圓球階段

[編輯]
測量亞歷山大港 (A) 和塞尼 (S)之間的子午線長。

人類最早對地球的認識是「天圓地方」。公元前6世紀後半葉,古希臘學者畢達哥拉斯提出了地球為球形的概念。2個世紀以後亞里斯多德通過進一步論證支持此說。約前240年,埃拉托色尼通過觀測亞歷山大港塞尼(今埃及亞斯文)兩地觀測日影的方法估算出地球圓周在39,690千米到46,620千米之間。這是人類首次應用弧度測量估算地球大小。公元8世紀,中國科學家一行太史監南宮說在今河南境內進行了一次弧度測量,測量結果是子午線上緯度差一度地面相距約132km,比現代值110.95km長約21km。這次測量是世界上第一次實地弧度測量。

公元10世紀左右,波斯學者比魯尼通過三角函數計算得到地球半徑約為6,339.9 km ,僅比現代值6,356.7 km小16.8 km 。歐洲學者直到16世紀才得到這樣的結果。比魯尼還通過複雜的計算求解地球的周長,其結果也與現代值非常接近。由於比魯尼在大地測量學領域的卓越貢獻,他有時被稱為「大地測量學之父」。

地球橢球階段

[編輯]
卡西尼的橢球; 惠更斯的理論橢球

公元17世紀末,英國牛頓荷蘭惠更斯首次提出地球是兩極略扁的橢球,稱為"地扁說"。1659年,克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)首次在他的著作《離心力》中得出了向心力的標準公式。 該公式在古典力學中起著核心作用,並被稱為牛頓運動定律第二定律。 牛頓的萬有引力定律結合地球的自轉,預測地球是扁球形(寬度大於高度),扁率為1:230[1]

法國科學院派遣了兩次探險。皮埃爾·莫佩爾蒂(Pierre Louis Maupertuis)領導下的第一次遠征(1736–37年)被送到了北歐的托爾訥河谷(位於地球的北極附近)。 皮埃爾·布給英語Pierre Bouguer(Pierre Bouguer)領導下的第二次任務(1735–44年)被派往赤道附近的在現代的被稱為厄瓜多的地點。 他們的測量結果顯示出一個扁圓的地球,扁率為1:210。 對地球真實形狀的這種近似成為新的參考橢球體

在這一階段,大地測量學得到了很大的發展,推出了不同的地球橢球參數。1743年,法國科學家克萊羅證明了重力值與地球扁率之間的關係,為利用地球重力研究地球形狀奠定了基礎。

大地水準面階段

[編輯]

19世紀初,隨著測量精度的提高,法國的拉普拉斯和德國的高斯通過對各地弧度測量結果的研究,相繼指出地球的非橢球性。

1873年德國數學家利斯廷首次提出了大地水準面的概念,是人類對地球形狀的認識又產生了一次飛躍。這一階段各國科學家通過重力測量資料推求橢球扁率,提出了許多新的橢球參數。

現代大地測量學

[編輯]

電磁波測距全球衛星導航系統等為代表的新的測量技術的產生,大地測量學進入了以空間大地測量學為代表的現代大地測量階段。

參考文獻

[編輯]
  1. ^ Paul., Murdin. Full meridian of glory : perilous adventures in the competition to measure the Earth. New York: Copernicus Books/Springer. 2009: 39–75. ISBN 9780387755342. OCLC 314175913. 
  • 孔祥元 郭際明 劉宗泉. 大地测量学基础 (M) 1. 武漢: 武漢大學出版社. 2005. ISBN 978-7-307-04837-9. 
  • 李德仁等. 测绘学概论 (M) 2. 武漢: 武漢大學出版社. 2008. ISBN 978-7-307-06139-2.