چگونه به زمین تخت‌‌گرایان ثابت کنیم زمین گرد است؟

هنوز افرادی هستند که نه‌تنها معتقدند زمین مانند پیتزا صاف است، بلکه حتی سعی می‌کنند این موضوع را ثابت کنند. شاید هم آن‌ها فقط به طرح یک چالش علاقه دارند. ایجاد مدل تختی از زمین که بتواند کل شواهدی را که علیه آن وجود دارد، رد کند، آسان نیست.

بشر خیلی وقت پیش موضوع کروی بودن زمین را کشف کرده است. یونانیان باستان نه تنها زمین را گرد می‌دانستند، بلکه حتی قطر آن را نیز اندازه گرفتند. علاوه‌بر‌این، آن‌همه تصاویر واقعی از زمین که توسط ماهواره‌ها و فضانوردان از زمین گرفته شده است، وجود دارد.

رت الاین، دانشیار فیزیک در دانشگاه جنوب شرقی لوئیزیانا در وب‌سایت وایرد دو آزمایش را توصیف کرده است که هرکسی می‌تواند انجام دهد تا متقاعد شود زمین کروی‌ است.

آزمایش اول ساده است، اما به مکان بستگی دارد. برای این آزمایش، به پهنه بزرگی از آب نیاز دارید که بتوانید آنجا بروید و آزمایش را انجام دهید. من (رت الاین) در نزدیکی دریاچه پونچاترین در لوئیزیانا زندگی می‌کنم که برای این آزمایش عالی است.

می‌خواهیم ببینیم آب صاف است یا حالت منحنی دارد. اگر زمین مسطح باشد، آب اقیانوس یا دریاچه بزرگ نیز باید تخت باشد. اگرچه، اگر زمین کروی باشد، سطح آب باید به همان اندازه از مرکز زمین فاصله داشته باشد که انحنای زمین را دنبال می‌کند.

بیایید فرض کنیم دریاچه بزرگ واقعاً صاف است. شما در یک سمت دریاچه ایستاده‌اید و ساختمان بلندی در سمت دیگر آن قرار دارد. وقتی به ساختمان نگاه می‌کنید، چه چیزی می‌بینید؟ حالت ساده‌شده‌ی این وضعیت را در ادامه می‌بینید:

توجه داشته باشید نور هم از بالا و هم از پایین ساختمان باید بتواند به چشم ناظر برسد. تا وقتی چشمان شما حتی کمی بالاتر از آب باشد، باید بتوانید کل ساختمان را ببینید. اما اگر زمین گرد باشد و سطح آب خمیده باشد، چه؟ دراین‌صورت چنین به‌نظر می‌رسد:

حالا جلوی نور از بخش پایین ساختمان گرفته می‌شود و شما نمی‌توانید آن را ببینید. درواقع، برای اثبات این موضوع حتی به ساختمان هم نیازی نیست. اگر دریاچه تخت بود، حتی می‌توانستید زمین را در آن طرف ببینید. اگر دریاچه حالت خمیده داشته باشد، آب را بالاتر از پایین‌ترین نقطه ساختمان خواهید دید.

عکس زیر در ساحل دریاچه پونچاترین گرفته شده است که در سمت جنوبی آن ساختمان‌های نیواورلئان دیده می‌شود. اگر فکر می‌کنید زمین تخت است، توضیح این عکس نسبتاً دشوار است (مگر اینکه فکر کنید من هم در توطئه شرکت دارم و این عکس را دستکاری کرده‌ام).

خوب، فقط برای سرگرمی، بیایید بفهمیم اگر در لبه دریاچه ایستاده بودیم، تا چه فاصله‌ای را می‌توانستیم ببینیم. ما آن فاصله را s می‌نامیم.

اگر زمین خمیده باشد، می‌توانیم از نتایج تجربی گذشته استفاده کنیم تا بگوییم شعاع آن برابر ۶٫۳۸ میلیون متر است. بیایید فرض کنیم ارتفاع (h) چشم انسان از سطح زمین، حدود ۱٫۷ متر است. وقتی شخص به افق نگاه می‌کند، افق نقطه‌ای روی سطح زمین خمیده است. به شکل زیر توجه کنید:

می‌بینید که مثلث قائم الزاویه‌ای با وتر برابر فاصله از چشم ناظر تا مرکز زمین داریم (R + h) و دو ضلع دیگر برابر R و فاصله تا افق (s) هستند. با استفاده از قضیه فیثاغورس می‌توانیم s را به دست آوریم:

با جایگذاری مقادیر R و h مسافت ۴۶۵۷ متر را به دست می‌آوریم.

البته اگر فاصله خود را از سطح (h) افزایش دهید، می‌توانید فاصله دورتری را نیز ببینید. اما اگر در ساحل دریاچه بایستید، کافی است دریاچه ۳ مایل (۴٫۸۲ کیلومتر) عرض داشته باشد و آنگاه دیگر نمی‌توانید ساحل طرف دیگر را ببینید. بله، علت آن است که زمین کروی است.

راه‌اندازی آزمایش دوم کمی دشوارتر است، اما درعوض به دریاچه بزرگ نیازی نیست.

برای ساخت آونگی ساده، باید جرمی (گلوله‌ای فلزی؟) را در انتهای یک ریسمان آویزان کنید و اجازه دهید به جلو و عقب حرکت کند. اگر بخواهید آن را با دقت رها کنید (بدون اینکه حرکت دایره‌ای به آن بدهید) آونگ فقط به جلو و عقب نمی‌چرخد. درعوض به آرامی جهت حرکت خود را تغییر می‌دهد (آونگ فوکو که به‌منظور نشان دادن چرخش کره زمین به‌کار می‌رود، به همین شکل عمل می‌کند).

علت این اتفاق چیست؟ بیایید حالت شدید را در‌نظر بگیریم تا منطقی‌تر به‌نظر برسد. تصور کنید جرمی دارید که در نقطه‌ای دقیقا در قطب شمال آویزان است. همان‌طور که آونگ به جلو و عقب در نوسان است، زمین زیر آن می‌چرخد (زیرا چرخش زمین است که موجب شب و روز می‌شود). انیمیشنی از این پدیده را در ادامه می‌بینید (در زمان واقعی نیست).

آونگ فقط به جلو و عقب می‌چرخد، اما این زمین زیر آن است که می‌چرخد. این امر موجب می‌شود چنین به‌نظر برسد که آونگ هنگام چرخش تغییر جهت می‌دهد و نیم روز طول می‌کشد تا آونگ دوباره در جهت اصلی خود تاب بخورد. چرخه کامل آن یک روز طول می‌کشد.

اما صبر کنید! این امر ثابت نمی‌کند زمین کروی است. شاید نشان می‌دهد زمین تخت مانند صفحه گرامافون روی گرامافون می‌چرخد. خوب منصفانه است، اما اگر همان آونگ را به قطب جنوب ببرید، باز می‌چرخد، اما در جهت مخالف، زیرا در قطب جنوب برعکس نسبت به آونگ قطب شمال ایستاده‌اید.

اما برای انجام آزمایش آونگ لازم نیست به قطب شمال یا جنوب بروید. می‌توانید در خانه هم آن را انجام دهید. آونگ دوباره با چرخش زمین درجهات مختلف تاب می‌خورد، اما بیش از نصف روز طول می‌کشد تا به جهت اصلی خود برگردد و زمان آن به عرض جغرافیایی شما بستگی دارد.

اول بیایید بررسی کنیم عرض جغرافیایی چیست. اگر خطی از مرکز زمین به استوا و خط دیگری از مرکز زمین به محلی که در آن قرار دارید، بکشید آن دو خط زاویه‌ای را تشکیل می‌دهند که آن را تتا (θ) می‌نامیم. به همین دلیل است که عرض جغرافیایی برحسب درجه مشخص می‌شود. اگر واقعا روی خط استوا باشید، این زاویه صفر درجه خواهد بود، هرچه بیشتر به سمت شمال حرکت کنید، زاویه بزرگ‌تر می‌شود و در قطب شمال به حداکثر ۹۰ درجه می‌رسد. بنابراین، دوره زمانی ( آن را T می‌نامیم) برای چرخه کامل آونگ شما به این صورت خواهد بود:

با افزایش θ، مخرج کسر افزایش پیدا می‌کند و T کاهش پیدا می‌کند. براین‌اساس، اگر جرم درحال نوسانی را به ریسمان بسته داشته باشید و به شمال بروید، مدت زمان کمتری طول می‌کشد تا یک نوسان کامل شود. حتی می‌توانید مدت زمان را ثبت کنید و از آن برای محاسبه عرض جغرافیایی منطقه خود استفاده کنید. البته راه‌های ساده‌تری نیز برای تعیین عرض جغرافیایی وجود دارد اما فکر نمی‌کنم زمین تخت‌گرایان به دنبال پاسخ‌های ساده باشند.