題:
為了使人眼能夠看到地球的曲率,必須達到多高?
Mani
2016-01-18 10:52:58 UTC
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我想問的是,在距地球表面多遠的距離處,可以看到地球的曲率。這是哪一層大氣?

Earth Horizon like this

我注意到在9-12 Km的高度(飛機視角),它是不可見的。

七 答案:
DrGC
2016-01-20 05:17:32 UTC
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取決於您的眼睛。您只需去海灘就可以實現地球的曲率。去年夏天,我在地中海進行科學航行。我在幾秒鐘的間隔內為遠處的船拍了兩張照片:一張是從船的最低甲板上看的(左圖),另一張是從我們最高的觀測平台(約16m高;右圖):

A distant boat seen from 6 m and 22 m above the sea surface

從海平面以上6 m(左)和22 m(右)看到的一艘遙遠的船。這條船相距約30公里。我的照片是用30倍光學變焦相機拍攝的。

左側圖像中缺失的那部分船被地球的準球形形狀所隱藏。實際上,如果您知道船的大小及其距離,我們就可以推斷出地球的半徑。但是,既然我們已經知道了這一點,那麼讓我們反過來做一下,推論出可以看到整條船的距離:

在仰角為$ h時,距觀察者$ O $的距離$ d $到可見地平線的$遵循方程式(採用球形地球):

$$ d = R \ times \ arctan \ left(\ frac {\ sqrt {2 \ times {R} \ times {h}}} {R} \ right)$$

其中$ d $和$ h $以米為單位,$ R = 6370 * 10 ^ 3m $是半徑地球。該圖如下所示:

enter image description here

可見距離 d (垂直軸,以km為單位) ),它是觀察者在海平面以上(海拔軸,以m為單位)的高程 h 的函數。

在距地面僅3 m的位置,您可以看到相距6.2公里的地平線。如果您高30 m,那麼您最多可以看到20 km。這就是至少自公元前六世紀以來,古代文化就知道地球是彎曲而不是平坦的原因之一。他們只需要漂亮的眼睛。您可以在他的 Histotoria Naturalis 中,毫無疑問地了解普林尼(1世紀)關於我們星球的球形形狀。

enter image description here 卡通定義了上面使用的變量。 d 是可見距離, h 是觀察者 O 在海平面之上的高度。

但是要更精確地解決這個問題。認識到地平線低於法線(低於重力垂直線)意味著認識到地平線降低到水平地平線以下的角度($ gamma $)($ OH $和圓角在 O處的切線之間的角度) ,請參見下面的卡通;這等效於該卡通中的伽瑪)。該角度取決於觀察者的高度$ h $,遵循以下方程式:

$$ \ gamma = \ frac {180} {\ pi} \ times \ arctan \ left(\ frac {\ sqrt {2 \ times {R} \ times {h}}} {R} \ right)$$

其中 gamma 以度為單位,請參見下面的卡通。

這導致 gamma (垂直軸)和 h (水平軸)之間的依賴關係: enter image description here

地平面水平線以下的水平線角度(此圖的垂直軸上以度為單位的 gamma ),是觀察者海拔高度的函數h 在表面上方(米)。請注意,太陽或月亮的視角大小約為0.5度。

因此,在海拔290 m處的海拔高度,您已經可以看到60 km相同的太陽角度大小(半度),地平線將低於正常水平。通常情況下,我們無法感覺到如此小的水平下降,但有一種便宜的伸縮設備稱為水平儀,它可以使您指向垂直於重力的方向,從而揭示僅幾米高時水平儀的下降程度。

在飛機上時。在海拔10,000 m處,您會看到低於天文地平線(O-H)3.2度的地平線,這大約是太陽或月亮角大小的6倍。您可以看到(在理想的氣象條件下)357公里的距離。 Felix Baumgartner 大約使這個數字翻了一番,但新聞中流傳的照片是用非常寬的角度拍攝的,因此,他們建議地球的表面曲率主要是相機的人造物 ,而不是Felix實際看到的內容。

該表面上的曲率大部分是照相機廣角物鏡的偽像,而不是Felix Baumgartner的實際看到了。

您的回答使我深入了互聯網的困境。基本上,我發現https://en.wikipedia.org/wiki/Spherical_Earth#Hellenistic_astronomy和http://www.mse.berkeley.edu/faculty/deFontaine/flatworlds.html,因為我不確定是否通過觀察船來確定地球的曲率在古代是可以測量的我現在認為,隨著向南徘徊而變得不可見的船隻和亞里斯多德的恆星必須給出一些硬的暗示,即地球是球形的,而Eratothenes隨後又測量了它的曲率。還有那個叫https://en.wikipedia.org/wiki/Strabo的傢伙
您的回答非常好....但是,由於我已經接受了上面的答案,所以我不能接受您的回答,但是這個答案不少於一個可接受的答案....謝謝
也接受您的.. :)
從技術上講我只能接受一個...但是我在口頭上接受我
-1
@DrGC,關於“知道地球是彎曲的,而不是平坦的”,但這不是僅證明*地球的一部分是彎曲的,而不是整個地球嗎?
好吧,如果他們到處都觀察到同樣的情況,那不是。
Pont
2016-01-18 17:52:43 UTC
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一個快速的Google提出了一篇發表的文章,恰好回答了這個問題(Lynch,2008年)。摘要指出:

報告和照片聲稱,視覺觀察者可以從高山或高空飛行的商用飛機上檢測到地球的曲率。白天的視覺觀察表明,可以看到地平線彎曲的最小海拔為35,000 ft或略低於35,000 ft,前提是視野寬闊(60°)並且幾乎沒有云。高海拔地平線幾乎與海平面地平線一樣銳利,但其對比度不到海平面地平線的10%。人們總是懷疑那些試圖顯示地球曲率的照片,因為實際上所有的相機鏡頭都投射出遭受鏡筒失真的圖像。為了準確地評估照片的曲率,必須將地平線精確地放置在圖像的中心,即光軸上。

請注意,給定的最小值為35,000英尺(10.7公里) )對於一架商業客機來說是一個合理的巡航高度,但您可能不應該期望看到典型的商業航班的曲率,因為:

  1. 10.7公里是觀察曲率的最低要求,因此,在這個高度上的表觀曲率將非常小。
  2. 10.7公里位於商業巡航高度通常範圍的上限附近。許多航班不會達到如此高的水平,很少有飛機會飛得更高。
  3. 乘客窗口可能無法提供必要的60°視野,尤其是當您在機翼上方時。
  4. >
  5. 作為報價單的狀態,您需要一個幾乎沒有云的地平線才能感知曲率。
  6. ol>

    Lynch,DK(2008)。 從視覺上識別地球的曲率應用光學,第47(34)頁,H39-H43。

我對您向我解釋的內容感到非常滿意。...感謝您的寶貴答复.....:
*“照片……總是可疑的……” *-如果您保持垂直於攝像機視圖並沿著水平線的直邊,則不會這樣-它們會使直邊與水平線的變形程度一樣大。
-1
user52025
2016-12-13 01:23:40 UTC
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從7英里或37,000英尺(噴氣客機的典型巡航高度)的高度很難看到地球的曲率,但從250英里(ISS的典型高度)可以很容易看到。

飛機在37,000英尺= 235英里處的視線。那僅是地球表面的3.4度。距國際空間站250英里處,視線為1,435英里,覆蓋地球表面約19.8度-從此高度看曲線更容易。

enter image description here

大多數人沒有意識到地球比起客機的高度有多大。容易想到我們確實很高,但是相對而言,我們只是在瀏覽表面。

附圖是按比例繪製的,但是噴氣客機和國際空間站的圖像卻不是按比例繪製的(比它們的實際尺寸大得多)。

就事物的規模而言,甚至國際空間站也在掠奪地球。
Gordon Stanger
2016-01-18 17:21:07 UTC
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除了DrGC的出色回答外,數十年來飛行員的經驗還可以對地球曲率的可見性進行主觀評估。這些可以總結為:

  • 商用飛機的正常最大上限為13.7公里:曲率並不明顯。
  • 協和飛機的上限為18.3公里,報告不一致。有些人即使在尋找曲率時也看不到它。一些飛行員認為他們可以看到它。幾杯香檳酒後,一些乘客可以看到它。
  • U2飛行員通常可以在23公里處看到彎曲,而SR71飛行員絕對可以在25.9公里處看到彎曲。
VANESSA
2016-09-21 19:39:20 UTC
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在夏威夷的一個山頂上高高聳立,四周各個方向都只有水,看到彎度確實讓人感到非常謙卑。就船的理論而言,考慮到我意識到深海湧動的令人不安的大小併計算無賴波,我自然無法使用這些東西,因為這兩個船之間自然處於低點。父母經常去深海捕魚,在海上度過一周的時間,因此腫脹很大。

這與公認的答案不同。您可以用事實來支持您的陳述嗎?
@JanDoggen: VANESSA是/正確。這意味著接受的答案是...不精確。不必高高在上,側面(海拔550m)已經足夠:https://imgur.com/9M66cs5。那隻是一個很小的視角,但是我們島上的居民每天都會給人留下深刻的印象。
JeO
2016-11-11 17:54:12 UTC
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通過從非常平坦的角度觀察時可得到的曲率量是否不減少-即乘以該小角度的正弦值?在35000英尺處,地平線距離229英里,長440英里,人眼的最大視野為110度(在實踐中無法達到),因此曲率深度為78英里,但由於視野平坦前視距離大約為2.4英里(在較窄的視野範圍內則要小得多)。要在229距離處解決2.4英里(超過440英里)的問題,實際上是要通過一個窗口,或者說實際上是1英里或更短。使用望遠鏡無濟於事,因為它所做的只是按比例減小視場角。

David García Bodego
2019-10-23 14:43:10 UTC
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使用您自己的數字...我將用相機拍攝一個樣本。

假設我們有一台4K分辨率相機。因此,我們可以一次拍攝3840 x 2160像素。

將地球視為球形物體,您到地平線的距離取決於地球半徑和您的高度,如下所示:

距離=(半徑+高度)*竇{arc-cosinus [半徑/(半徑+高度)]}

因此取決於您的身高:

  |高度(米)距離對賀(公里)||:----------:|:------------------:|| 1 | 3,6 || 10 | 11,3 || 100 | 35,7 || 1000 | 112,9 || 10000 | 357,1 |  

一台大角度攝像機的24mm焦距可以看到84º度。因此,地平線上邊緣之間的距離為:

  |高度(米)距離對賀(公里)距離Edge<>Edge(km)||:----------:|:------------------:|:--------- ------------:|| 1 | 3,6 | 4,8 || 10 | 11,3 | 15,1 || 100 | 35,7 | 47,8 || 1000 | 112,9 | 151,1 || 10000 | 357,1 | 477,9 |  

一旦有了這些數據,您只需要計算期望的弧線箭頭即可:

箭頭圓。 Arc = Radius * Cosinus [Arc-Sinus(Dist / 2 / Radius)]

因此,使用此數據和攝像機的初始數據:

  |高度(米)距離對賀(公里)距離Edge<>Edge(公里)|箭(公里)|曲率(像素)||:----------:|:------------------:|:--------- ------------:| ---------------- | ------------------- || 1 | 3,6 | 4,8 | 0,000 | 0 || 10 | 11,3 | 15,1 | 0,004 | 1 |
| 100 | 35,7 | 47,8 | 0,045 | 4 || 1000 | 112,9 | 151,1 | 0,448 | 11 || 10000 | 357,1 | 477,9 | 4,482 | 36 |  

最後,...具有理想的可見度條件,水平的相機,沒有魚眼的失真...在我們的10千米高的4K相機上,地球曲率將為2%-> 36像素(3840像素寬)。

在商業飛行高度上,人眼無法清楚地感知地球的球形度。在約100公里的範圍內,您可以拍出像在超大角度鏡頭上顯示的照片一樣。

希望它會有所幫助!



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