给珠峰量身高,没想到原理这么简单!

作者: Elsa

来源: 果壳少年

发布日期: 2018-09-06

本文介绍了测量珠穆朗玛峰高度的历史和现代方法,从古希腊哲学家泰勒斯的金字塔高度测量方法到现代的高精度仪器和分段测量技术,详细解释了三角高程测量法的原理及其在实际操作中的应用。

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。

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。全国各地都分布着一些海拔已知的控制点,如果我们要测量某地的海拔高度,只要从附近的控制点出发就能快速得到结论了。

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。

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