地平线离我们有多远

时间:2023-11-17 22:09:02

地平线跟我们的距离有多远呢?或者说,如果我们站在平原上,以自己为圆心,由地平线围成的圆的半径是多大呢?已知观察者在地球表面上的高度,那么地平线的距离该如何计算?

地平线离我们有多远

图 关于地平线长度的测算。

如图所示,刚才的题目就是求线段CN的长度。线段CN是从人的眼睛向地球的表面作的切线。我们知道,在几何学中,切线的平方等于割线的外段h跟这条割线全长(h+2R)的乘积,这里的R是地球的半径。跟地球的直径2R相比,人的眼睛到地面的距离非常小,即便乘坐飞机到一万多米的高空,人的眼睛距离地面的高度也不过只有地球直径的0.001。所以,在(2R+h)中,我们可以把h忽略不计,于是,公式就可以简化为:

CN2=h×2R

我们可以用这个简单的公式计算出地平线的距离:

地平线离我们有多远

在上式中,R表示地球的半径(地球的半径为6371千米,我们一般取6400千米)。h表示人的眼睛距离地面的高度。

我们知道,地平线离我们有多远

,所以,上式还可以简化为:

地平线离我们有多远

h的单位是千米。

这样,这个距离的计算就变成了一个纯几何学的计算。如果把影响地平线距离远近的物理学因素也考虑在内,还应该考虑所谓的大气折射问题。因为,在大气中,光线的折射会把计算出来的地平线距离增加大约地平线离我们有多远

(也就是6%左右)。当然了,这里的6%只是一个平均数。根据下表中条件的不同,地平线的距离会略有变化:

地平线离我们有多远

【题目】一个人站在平地上,他能看到地面多远的距离?

【解答】如果这个人是成年人,他的眼睛跟地面的距离大约是1.6米,也就是0.0016千米,所以:

地平线离我们有多远

刚才说过,地球周围的空气层会使光线的路径发生曲折,所以地平线的距离要比用这个公式计算出的值增加6%。考虑到这一点,我们应该在4.52千米的基础上,再乘以1.06,也就是4.52×1.06≈4.8千米。

也就是说,如果是一个中等身材的人,那么他在平地上能看到的距离最远不过4.8千米。如果把他放在那个圆的中心,这个直径是9.6千米,面积大概是72平方千米。与那些将辽阔的草原描述为“一望无际”相比,这个距离就太小了。

【题目】如果这个人坐在海上的一只小艇上,他能看到多远的距离?

【解答】这个人坐在小艇上,他的眼睛跟水面的距离大约是1米,也就是0.001千米,所以他能看到的地平线的距离是:

地平线离我们有多远

如果把空气的折光影响也考虑在内,这个距离大概是3.8千米。如果是比这个距离远的物体,因为它在地平线的后面,我们就只能看到它的上部,下部是看不到的。

如果眼睛的位置再低一些,地平线也会更近,比如,当眼睛跟地(海)面的距离只有半米时,地平线也只有大约2.5千米的距离。反过来,如果从高处观察,地平线的距离会增大。比如,在桅杆的顶部,如果桅杆高4米,那么地平线的距离就是7千米。

【题目】一个气球位于平流层的最高点,在气球吊舱中的飞行员看来,地平线的距离是多少?

【解答】气球位于平流层的最高处,它的高度是22千米。在这个高度上,地平线的距离是:

地平线离我们有多远

如果考虑折射因素的影响,大概是530×1.06,约为580千米。

【题目】一位飞行员想看到50千米半径的地面,那么他应该飞到多高的高度上呢?

【解答】根据地平线距离的公式,我们有:

地平线离我们有多远

所以:

地平线离我们有多远

这位飞行员只要升到200米的高度,就可以看到50千米半径的地面了。

如果考虑到偏差,要从50千米中减去6%,那么就是47千米,所以:

地平线离我们有多远

从计算结果可以看出,不需要升到200米,只需要到达170米的高度就可以了。