我們當然無法直接量度地球的半徑,但在很久很久以前,古人便懂得利用三角學來測量地球的半徑,根據歷史記載,公元前三世紀的古希臘數學家已懂得一些測量地球半徑的方法。
在公元 \(1000\) 年左右,波斯數學家比魯尼發明了一種方法來測量地球的大小,而其誤差只有不到\(\;1\%\),在當時來說可謂相當精準。
現在我們來介紹一下比魯尼的方法,如右圖所示,由一高度為\(\;h\;\)的高山的最高點\(\;A\;\)望向地平線最遠處,其俯角為\(\;\theta\)。設地球(綠色圓形所示)的半徑為\(\;R\),而\(\;C\;\)點為地平線最遠處,我們要以\(\;h\;\)和\(\;\theta\;\)來表示\(\;R\)。
根據圓的特性,\(\;OC\;\)和\(\;AC\;\)垂直,因此\(\;\angle AOC=\theta\),所以
\begin{align} \cos\theta &= \frac{R}{R+h} \nonumber \\ \cos\theta(R+h) &= R \nonumber \\ h\cos\theta &= R(1-\cos\theta) \nonumber \\ R &= \frac{h\cos\theta}{1-\cos\theta} \label{eqn11} \end{align}已知鳳凰山的高度為\(\;934\;\)米,小明站在鳳凰山的最高點望向水平線,測得俯角為\(\;1^\circ\),試估計地球的半徑。
把\(\;\theta=1^\circ\;\)和\(\;h=0.934\)(注意在代入前把單位轉成公里)代入算式 \eqref{eqn11},可得
\begin{align*} R &= \frac{h\cos\theta}{1-\cos\theta} \\ &= \frac{0.934\cos 1^\circ}{1-\cos 1^\circ} \\ &\approx 6131.50 \hbox{(準確至小數點後兩位)} \end{align*}即地球的半徑約為\(\;6131.50\;\)公里。