Μεθοδολογία του Πειράματος

Οι συμμετέχοντες καλούνται να επαληθεύσουν το σφαιρικό σχήμα της Γης μόνο με τη χρήση μίας ράβδου (στύλου) και απλής γεωμετρικής οπτικής. Σε μία καμπύλη επιφάνεια όπως αυτή της Γης η σκιά ενός στύλου με σταθερό μήκος για όλους τους συμμετέχοντες θα πρέπει να αυξάνει καθώς μετακινούμαστε από τον Ισημερινό προς τα νοτιότερα ή τα βορειότερα γεωγραφικά πλάτη (Εικόνα 1). Μάλιστα, καθώς το σχήμα της Γης είναι σφαιρικό, το μήκος της σκιάς του στύλου θα πρέπει να αυξάνει σε συνάρτηση με την εφαπτομένη του γεωγραφικού πλάτους (σε αυτή την εφαρμογή μπορείτε να διαπιστώσετε πως αναμένουμε να αυξάνει η σκιά για τα βόρεια γεωγραφικά πλάτη).

Εικόνα 1. Αριστερά: Καλλιτεχνική απεικόνιση της σκιάς ενός στύλου λόγω της σφαιρικότητας της Γης (εκτός κλίμακας). Δεξιά: Παράδειγμα της πειραματικής διαδικασίας.

Το πείραμα θα πραγματοποιηθεί κατά την Εαρινή Ισημερία, στις 20.03.2026 την ακριβή στιγμή της άνω ηλιακής μεσουράνησης στον κάθε τόπο. Δηλαδή τη χρονική στιγμή που ο ηλιακός δίσκος βρίσκεται στο μεγαλύτερο ύψος στον ουράνιο θόλο και περνά από τον μεσημβρινό του τόπου (Εικόνα 2).  Ο μεσημβρινός του τόπου είναι ένας από τους μέγιστους κύκλους του ουράνιου θόλου, ο οποίος περνάει από το ζενίθ και ενώνει το σημείο του Νότου και του Βορρά στον ορίζοντα.

Καθώς το πείραμα είναι γεωμετρικό η ημερομηνία αυτή δεν επιλέγεται τυχαία, αφού εκείνη την ημέρα οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν κάθετα στον άξονα περιστροφής της Γης (Εαρινή Ισημερία). Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι δεν χρειάζεται να γίνει διόρθωση στη μέτρησή μας λόγω της κλίσης των 23,5 μοιρών του άξονα της Γης σε σχέση με το επίπεδο περιφοράς της (Εικόνα 3).

Τα εργαλεία:

Τα βασικά εργαλεία που χρειάζονται οι συμμετέχοντες για την επιτυχή εκτέλεση του πειράματος είναι ένας σκιοθηρικός γνώμονας και ένας χάρακας ή μέτρο, ενώ στον προαιρετικό εξοπλισμό περιλαμβάνονται ένα μοιρογνωμόνιο και ένα επίπεδο φυσαλίδας για τη διασφάλιση της καθετότητας μεταξύ του γνώμονα και του οριζόντιου επιπέδου.

Εικόνα 3. Αριστερά: Η θέση της Γης κατά τη διάρκεια της περιφοράς της γύρω από τον Ήλιο στις διάφορες εποχές του έτους. Δεξιά: Διαστημικές εικόνες της Γης στις διαφορετικές εποχές του έτους (NASA Earth Observatory)

Τα Δεδομένα:

• Γεωγραφικές συντεταγμένες της σχολικής μονάδας ή πλοίου (η θέση του πλοίου στις 20 Μαρτίου 2026 κατά την άνω ηλιακή μεσουράνηση).
• Η ακριβής ώρα της άνω ηλιακής μεσουράνησης στον τόπο.
• Το μήκος του στύλου είναι 1,5 m για όλους τους συμμετέχοντες.

Η μέτρηση:

• Τοποθέτηση σκιοθηρικού γνώμονα μήκους 1.5 m σε εξωτερική τοποθεσία με ευρύ οπτικό πεδίο προς τον Νότο αν η σχολική μονάδα ή το πλοίο βρίσκεται σε βόρεια γεωγραφικά πλάτη, και προς τον Βορρά αν βρίσκονται σε νότια γεωγραφικά πλάτη.
• Το μήκος της σκιάς του στύλου στις 20 Μαρτίου 2026, κατά την ακριβή ώρα της άνω ηλιακής μεσουράνησης στον τόπο.

Παραδοχές:

• Οι ακτίνες του Ήλιου προσπίπτουν παράλληλες στην επιφάνεια της Γης. Η παραδοχή αυτή ισχύει και βασίζεται στο γεγονός ότι ο Ήλιος βρίσκεται σε πολύ μεγάλη απόσταση από τη Γη (μέση απόσταση: 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα).
• Το σχήμα της Γης στην πραγματικότητα αποκλίνει ελαφρά από τη σφαίρα καθώς η ακτίνα της είναι μικρότερη στους πόλους (6.357 km) από ότι στον ισημερινό (6.378 km). Έτσι το σχήμα της στην πραγματικότητα προσεγγίζει ένα, όπως ονομάζεται, ελλειψοειδές εκ περιστροφής (εξού και η γνώριμη σε όλους/ες μας σύγκριση με το πορτοκάλι). Καθώς η απόκλιση από το σφαιρικό σχήμα είναι πολύ μικρή και για λόγους απλότητας του πειράματος, εμείς συγκρίνουμε τα αποτελέσματά μας με τη θεωρητική καμπύλη καθαρά σφαιρικής Γης. Ως παράδειγμα η απόκλιση της σκιάς του στύλου από την ορθή τιμή της στο γεωγραφικό πλάτος της Αθήνας είναι μικρότερη από 1%.
• Προκειμένου το εγχείρημα να είναι πιο απλό, τόσο οι σχολικές μονάδες του εξωτερικού, όσο και οι θέσεις των συμμετεχόντων πλοίων επιλέχθηκαν έτσι ώστε να περιορίζονται σε ένα εύρος από γεωγραφικά μήκη που εκτείνονται μεταξύ μερικών μοιρών ανοικτά των δυτικών ακτών της Αφρικής και μερικών μοιρών ανοικτά των ανατολικών ακτών της Αφρικής. Στο γεωγραφικό πλάτος δεν τέθηκε αντίστοιχος περιορισμός.

Το αποτέλεσμα:

• Εφαρμογή των μετρήσεων στη θεωρητική καμπύλη της σφαιρικής Γης που απεικονίζει το μήκος της σκιάς του στύλου σε συνάρτηση με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου.