在一個風和日麗的日子裡, 站在開闊之地遙望遠方, 總能看到天與地或天與海匯成一條線, 那就是我們所稱的地平線。 那麼, 這條地平線究竟離我們有多遠呢?
事實上, 通過幾何知識很容易就能計算出地平線的距離。 不過, 這個問題並沒有一個固定的答案。 這是因為地平線的距離由一個物理因素決定——身高(當然還與站多高有關)!
為便於計算, 我們假設地球是一個完美的球體, 這樣可以建立一個簡化模型如下:
如上圖所示, 圓弧是地球的表面, 其半徑為R。 地球的半徑隨緯度而變化, 這裡取其平均半徑,
這裡的關鍵是要知道人的視線與地球表面相切, 即視線垂直於地平線所在點的地球半徑。 因此, 我們可以得到一個斜邊為R+h、兩條直角邊分別為R和d的直角三角形。 根據畢氏定理, 可以列出下面的關係式:
(R+h)^2 = R^2 + d^2
化簡可得:
d^2 = h^2 + 2Rh
再對兩邊同時開方舍負根可得:
d = √(h^2 + 2Rh)或寫成 d = (h^2 + 2Rh)^(1/2)
從上式可知, 地平線的距離d與高度h有關, h越大, d越大。 代入h和R的值, 可計算出d的值。
以身高為1.7米的人為例, 人眼距離頭頂大約為12釐米, 則此人的眼睛高度約為1.58米。 如果這個人站在平地上, 那他看到的地平線距離約為4.5公里。
如果爬上一座1000米高的山, 看到地平線的距離約為110公里。 如果坐在巡航的普通飛機上(高度大約為一萬米), 地平線的距離約為360公里, 這相當於可以從一個省的一邊看到另一邊。 而如果乘坐神舟飛船遨遊太空(高度取300公里), 看到地平線的距離則可達2000公里, 這意味著一眼可以望到近半個中國。