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( O: _( d: f3 f' T+ z. D 1、立表测影
- H$ e7 x8 j2 O1 A% O 中华天文人使用圭表立表测影，圭表由两部分组成，垂直立于平地上的标杆称为表，水平放置的测影尺称为圭，两者以直角相接。 2 f$ T1 c, J0 A9 X) W
室外立表，可得日影，日影的长度，可通过圭上的刻度读出。
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4 }) @( J! b# z7 f2 T 圭表的最早实物出土于山西襄汾陶寺夏代或先夏时代的遗存，至迟到到西汉时候，一种建置于露天的常设圭表开始出现。这类仪具以青铜制成，表高八尺，圭长一丈三尺。 ; @: a$ A2 x! l( N2 o! a" k
在北回归线以北使用圭表，一年中的冬至时，太阳照射地球位置最南，北回归线以北表影最长，一年中的夏至时，太阳照射地球位置最北，北回归线以北表影最短。
' Y3 B7 I: q) j5 y8 U3 L 通过圭表每日记录日影长度，通过多年累积的记录，便可确定冬至和夏至最可能出现的日期，进而确定二十四节气的日期。 6 R, H6 q( |- \, Q, b) G4 K
2、中华日影记录数据支持大地是个球面
8 d+ k9 |7 ~3 }: N* k5 K5 G 选择春秋分，太阳直射赤道（纬度0度）时，天下立表测影，通过各纬度的日射倾角来分析：大地是个球面还是平面。
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% |$ `, r; ]" R4 ? 当阳光直射赤道的时候，在任一地点立表测影，得到的日射倾角度数，与当地的北极星出地仰角求和，都是90度。这是因为北极星对应的地轴垂直于赤道平面。
, Z6 D0 S' h# K4 X% t2 r4 c 如阳光直射点北移到北纬10度，在直射点北方任一地点的日射倾角就会增加10度； - ]6 W: E/ ^, M( i: `" H' w- H
如阳光直射点北移到北纬20度，在直射点北方任一地点的日射倾角就会增加20度。
c$ z5 T$ m' k5 C7 l- K6 @ 你会说：这不是很正常吗？——这是与大地是滚圆球面对应的很正常。 , i; m7 \0 l- j* x& X4 q
在所谓的平面大地上，日射倾角可不是这样变化的。
) M$ N3 v- K, A* g+ w8 X 我们假设在平面大地的北纬45°处有一个天文台，当太阳直射赤道的时候立表测影。日光如箭，如日影角度也是45°，可绘制下图：
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太阳高度距离平面大地的距离L，等于这个天文台到赤道的距离L。 : ~9 H t8 l5 g) v S
对这个平面大地，如阳光直射点北移到北纬10度，计算日射倾角等于arctan(45/35)=52.125°，增加了7.125°；如阳光直射点北移到北纬20度，计算日射倾角等于arctan(45/25)=60.945°，增加了15.945°。
. z: z/ ?; e/ \! e4 f8 f 推论：中华天文人士，通过日影长度变化计算日射倾角变化，就可推算出脚下的大地是个球面，不是个平面——平面大地上的日射倾角和日影长度与实际测量值不相符。
7 | g5 x0 X) u4 Z' b 见下表：
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对每日观测日影的中华天文人士来说，要确定大地是个球面还是平面，就是这么容易。 4 F, O# \; `* U- Z
3、圭表测天地
) q0 t: u9 M1 g) N0 ]5 j2 n 上面的大地不是平面而是球面的分析，转发给别人看。有人答复说：古人是把大地看作在龟背上，是当作一个曲面。
' V9 U! `; z6 S& U+ I# i 大地到底处在球面上还是龟背曲面上，靠圭表测量来验证。 ) ~0 J& [4 A& C% E; q t0 {
由于地球自转轴垂直于赤道面，在赤道上做立表测影，直指向地心的表，与正午太阳光线平行时，水平放置的圭，正好指向北天极——圭表，是中华天文人在使用最简单的天地模型，做观天测地研究。
" ~/ ]; Y% P6 X U1 s3 i5 e 不管在大地上往北走多少距离，只要表垂直指向地心、圭是水平，各地北极星出地增加的度数等于日影入射减少的角度数，北极出地角与日射仰角求和，都是90°。见下图：
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而在龟背曲面上立表测影？就有以下两个问题：
2 O2 v6 Y1 ?/ @( W4 L" B H4 n 1、龟背曲面不存在唯一地心可做测量中心，龟背曲面上的立表测影就无法指向一个中心。
0 O* a" t$ s+ ]1 J) X! O 2、龟背曲面不存在自转轴与赤道面垂直，就没有“向北走，北极星出地增加的度数等于日影入射减少的角度数”这个规律存在。
2 ^! S* G* \1 } n7 O 在龟背曲面上的立表测影的日影长度，与浑圆球面上的立表测影会处处不同——原理上，从南到北测量一次就都清楚了。 * F7 T4 M5 O+ V# `" M& @) G- y
中华立表测影的规律找到了，跟着就是实测，四海测验。
4 O! y- V8 h9 U$ [8 D) O/ H1 y9 W 4、四海测验可验证大地滚圆 8 e! n5 n$ K2 w( }
西方人传说中是怎样去验证大地是圆的？所谓麦哲伦船队，最后有十八个人，在大海中环绕大地一圈回到西班牙，可用来证明大地是圆的。
7 X5 I6 m( A& ]1 m7 u& F! U 这一圈的证据够吗？
" y% C* u* {. ] 这一圈，它可以是圆柱面绕出来，也可以是圆锥面绕出来，还可以是圆环表面绕出来。甚至任意形状立方体，都能围它绕一圈回到起点。 ) P% n( \1 H. N, F- ^! j5 \5 i
证据不足。
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西方人绕一圈，不能证明大地的形状，不能证明大地的滚圆。 接下来看看中华天文人做了什么来证明大地滚圆的：
' g2 b! K9 A1 p2 D1 y 《郭守敬传》中四海测验的故事： % t+ J' V7 s% F$ y+ r- b
公元1279年（至元十六年），元朝天文学家郭守敬（1231-1316）为同知太史院事时，向元世祖忽必烈提出在全国范围进行大规模天文测量的建议。他指出唐朝开元年间天文学家僧一行曾命令南宫说带领人员，在全国13处观测点进行天文测量，现今元代的疆域比唐代还大，若不分赴各地进行实测，就不能了解日月食的时刻和食分数，各地昼夜长短的差距，日月星辰在天球上的位置等等（唐一行开元间，令南宫说天下测景，书中见者凡十三处。今疆宇比唐尤大，若不远方测验，日月交食分数时刻不同，昼夜长短不同，日月星辰去天高下不同，即目测验人少，可先南北立表，取直测景。）
' s7 Y& |! ]; ^" T8 F 元世祖忽必烈接受了郭守敬的建议，派监候官14人分道而出，在东南西北27个地方进行四海测验，（帝可其奏。遂设监候官一十四员，分道而出，东至高丽，西极滇池，南逾朱崖，北尽铁勒，四海测验，凡二十七所。） 7 C; z" q7 j7 Z& p
, N' f5 ^& Y( Z+ k. Z “四海测验”从朝鲜半岛到川滇与河西走廊。南北总长5000多千米，南起北纬15度，北至北纬65度。东西绵延2500千米，东至东经128度，西到东经102度。
2 |4 O9 ?1 R5 q+ ` 第3节“圭表测天地”中，我们找到“各地北极星出地增加的度数等于日影入射减少的角度数，北极出地角与日射仰角求和，都是90°”的规律，就是每向北走纬度10度，北极星出地高度增加10度，立表测影得到的日射倾角减少10度。
$ T+ q& b: X& t0 Q+ V 在《授时历》中的记录的七处的夏至日影长度，这七处地点的北极星出地角度，大家看看？
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在最南端，北极出地15度的南海开始，25度、35度、45度、55度、一直测量到北极出地65度的北海（再往北是北极圈，日影没的测），每向北10度设一测量点，再加上大都测量点共七处。 - _8 s5 |% a4 _
郭守敬选择的测量点，每隔10°一测（365.2575周天度体系）。这就是个理工男在做实验，可丁可卯地选择测量点。 ! {) G* E8 {/ o3 K9 m/ v. O
将四海测验得到的日影数据和昼夜时长数据整理如下： 1 _. `/ Y) R0 M* F
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四海测验记录的七组立表测影数据，衡岳测量点是接近北回归线，在夏至正午应有接近89度的日射倾角，四海测验却记录“无影”。而其它测量点的日射倾角也存在1~2°的偏差。这有可能是在根据北极星出地角度确定测量点时出的偏差，也有可能是立表不够竖直出的偏差。 1 b: q1 m* M% @- u0 f% ~
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但整体看这组立表测影数据，仍能够表明大地是处在一个滚圆球面上——所有立表对应共同的地心，才会每向北走10度，太阳的光线倾角减少10度——这不是比环游地球一圈来确定大地形状更加可靠吗？ {3 t/ s# X* K8 O( |9 g& m+ N
现在，你明白郭守敬为什么在《四海测验》的27处测验中，只列出这七处的日影观测长度了吧？
' C& r! n" _& K, \& e 因为这七处日影长度记录，可用来证明大地处在一个滚圆球面上。 7 w0 R- i- [) L
这就是中华天文人观天测地，领科技文明之先。
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5 o5 n, H1 M8 [$ @1 P 元朝时的中华天文人，既然已经推算出来大地是球形的，为何不把推算结果公之于众，向所有人声明地球是圆球呢？ 4 C. {: w6 g- s' ~+ r; N( k% [
因为，地球是圆球，牵扯出来的问题比能够解释的问题还要多。 + H& {1 @" e6 x; x S J7 P
1、最典型的问题，为什么地球浮在空中，地球上水不流干了。答案：万有引力。地心引力吸住了地球上的所有东西，让水不流干。
/ `, ?: e" _2 V! B 下一个问题：万有引力是从何而来？——这就难死所有人，包括所有物理学家了。引力好像与物体的质量有关，但引力从何而来的？是怎样跨越长距离实现牵引的？仍是谜，无解的谜。 , o" B! d2 X( M$ x; m
爱因斯坦的广义相对论尝试着用时空场来解释，但好像解释过了，最终还是没解释清。相对论时空场引出的待定问题更多，到了无法理解的程度。
3 [) T; j8 t6 t3 Y4 ?* F- ~8 J) G 相关问题尚不可解，中华天文人不会急着将推算出来的地球是圆球说给世人听。
5 ]. {# Y5 m3 X5 d: f2 U9 { 2、地球的自转，坐地日行八万里。这就是处在赤道上的人和物体，以每小时 3 [) a- P: k! B) k6 {; _
1679.3公里，每秒466.5米的线速度自西向东旋转（超音速）。 : ]* K! q, y0 r, Z. t: h
要是中华天文人计算出来了地球周长，地球转速就跟着出来了，他该怎么向大众解释这个旋转速度？只凭计算结果，谁会相信脚下的大地超音速旋转？却又是感觉不到？却又不能用仪器测量地球转速？
9 M Y6 Q; l- }/ H& z, A ?' c 如果脚下的大地在做匀速直线运动，还可以用“惯性”共同运动勉强解释一下，可脚下大地在做旋转运动。是什么带动你旋转的呢？是大地的附着摩擦力吗？（佛科摆实验，正是靠物体惯性证明不跟着地球自转的物体会逐渐偏斜）。 2 D' q9 l( m W- k+ N/ z1 @9 c0 S
空中的空气、云，还有脚下的水，都稳定跟随大地的旋转，没有相对运动。又是什么在推动空气、水随地球向东转？ 1 K) k2 ~7 m- `* ]7 ?' m
如果用孔明灯/热气球飞上天空，脱离大地了，一样看不出大地哪里有每秒466.5米的相对运动。孔明灯/热气球的重力与空气浮力在上下方向平衡了，那孔明灯/热气球的向东转是被空气推着向东旋转？水中的船的重力与水的浮力在上下方向平衡了，那船是被水推着向东旋转？ 8 `8 N+ P; V$ T2 _& \
在北纬60°位置，地球自转线速度比赤道少一半。那热气球往南飞，船往南走，旋转速度的增加是谁带动的？那热气球往北飞，船往北走，旋转速度的减少是谁带动的？
. L% C2 X( H6 B* h8 Q 3、地球绕太阳公转轨道总长度是940,000,000公里，与一年365天5小时48分46秒的时间相除，可得出公转线速度是28.787公里/秒。地球以这样的速度高速公转，是不是更吃惊了？这都超过第三宇宙速度16.7公里/秒了。
2 R2 ?& ~% N2 Z" k, I 典型的疑虑：地球高速运动，公转又自转的，不会不稳吧？
% r8 z% }% k4 S; [8 @, y% ~8 ~ 能怎么回答？因为地球高速自转，所以地球自转轴保持稳定。因为地球高速公转，所以地球不会被太阳吸过去——这个回答能消除对“不稳”的疑虑吗？——解释不清地球为什么这么稳的。 6 O m8 u. N& Z
对于金星、木星、水星、火星、土星这五大行星绕日及月亮绕日，也有同样的稳定性问题。也是解释不了过去N亿年行星和卫星都稳定画圈，既不靠近太阳也不远离，只能说过去N亿年运气太好了。
9 \8 [* U1 J) ~! y 难题太多，元朝时的中华天文人宁愿保守一点，自己先开展研究，有结果了再公布。
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