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给珠峰量身高,没想到原理这么简单

日期: 2018-12-21
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给珠峰量身高貌似工程很大,然而原理并不难,甚至我们人类很早之前就已经掌握了方法,并且方法一直在进步!



几乎每个人在成长过程中,都思考过这么一个问题:珠穆朗玛峰那么高,用什么办法才能测出它的高度呢?

这个问题其实说来话长。公元前五百多年,古希腊哲学家泰勒斯提出了估算金字塔高度的方法。他在地上竖起一根小木棒,用木棒高度和木棒影子的长度计算出了太阳光和地面的夹角,进而利用这个角度和金字塔影子的长度,计算了金字塔的高度。

几千年过去了,测量的方法不断进化,我们掌握周围世界的雄心,也从一根小木棒一座金字塔,扩展到了世间万物,人们已经可以轻松说出珠穆朗玛峰的海拔高度,但测量高度的基本原理,其实在泰勒斯测量金字塔高度时就已经奠定,就是利用三角形的特性。

那么,珠穆朗玛峰的海拔高度又是如何测量出来的呢?面对地球最高的山峰,我们显然不能直接测量出珠峰影子的长,也不能依靠一根粗糙的小木棍来推算角度。于是在现代测绘技术里,机智的工程师们利用了高精度的测量仪器,并且采用了分段测量的方法。

简单来说,测量从山脚开始,在测量仪器精度允许的距离 A和B两点之间,测量出两点间的水平距离D,夹角为α,位于A点的仪器离地高度为i,位于b点的测量目标离地高度为v,那么AB两点间的高度差就可以计算得到,这种方法被称为三角高程测量法。接下来把仪器移动到B 点,继续测量更高处目标,直到到达山顶,把所有高度差累加,就会最终得到珠峰的高度。

听起来很简单对不对? 现在让我们把这个简单的示意图扩展到地球表面,那么机智的你又会发现什么问题呢?

首先,我们的地球表面并不是一个完美的水平面,而是有一定弧度的曲面。由于地球的半径很大,在小范围内我们可以忽略球面带来的影响,但在距离超过三百米之后,就必须考虑到这一影响并作出改正;其次,大气层中空气的密度并不是完全均匀的,我们观测的视线可能在传播过程中发生折射,也需要针对这一现象进行改正;最后,我们常说的是珠峰的海拔高度,并不是我们最终累加得到的绝对高度差,而是珠峰到海拔零米的相对高度差,也就是说,我们还需要知道山脚下测量起点的海拔高度。怎么知道这个数值呢,机智的你一定想到了,从海拔零米的地方如图所示一站一站测量过来啊!

但实际操作中,经过几代测绘人的积累,全国各地都已经引测了海拔高度已知的基准点,建立了完善的坐标网络,从这些基准点出发,测量就不需要每一次都都回到原点从头再来。珠峰的测量也是从位于西藏拉孜的基准点开始的。

如果在日常生活中仔细观察,你说不定会在路上看到这些测量基准点,那时候千万不要手欠去破坏,测量控制点是受法律保护的。

实际测量中,珠峰高度的测量工作更是面临着恶劣的自然环境。 建国之后,我国总共进行过两次珠峰高度测量,1975年的第一次测量中,确定了珠峰的高程为8848.13米。 三十年之后的2005年,我国进行了珠峰高程复测。这一次,除了传统的三角高程测量法,更是结合了GPS测量等等新技术,并且使用雷达更加精确地测量了山顶冰雪层的厚度,最终得到了更加准确的8844.43米的海拔高度。

(摘自《科学少年》,有删改)


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