《百科知识》：探索珠峰，人类求真的历史

　　张江齐

　　2400多年前，古希腊伟人亚里士多德站在海边眺望远处消失的船只时，发现船只首先消失的是船身，然后才是船桅与船帆，他发现了地球不是平坦的而是弯曲的。文艺复兴后不久，R.笛卡尔发明了坐标与微分几何。利用坐标，位置与形状让数字形象化变成几何图形，使弯曲的空间的观念得以形成。我们测绘工作中赖以传递坐标的三角形，在弯曲的空间中

　　它的内角和已不再是180度，当我们有可能站在赤道上观测北极点时，曲面上三角形内角和可能是270度，从很远的地方用三角测量法观测珠穆朗玛峰也是同样的道理，必须考虑弯曲的地球形状，珠穆朗玛峰的高程与位置的精确测量绝不是人们简单地利用平面几何原理所能解决的。

　　1718年，即大清帝国康熙五十八年，一幅实地测量绘制的《皇舆全览图》平铺在紫禁城太和殿的青砖地上，图上已准确标绘了珠峰位置，定名为珠穆朗玛阿林，位于中国境内。这幅古地图是掌握天文历法与测绘技术的中国人——清朝理藩院主事胜住、喇嘛楚尔沁藏布和兰木占巴实地测量绘制的。公元1714年，他们三人对广大的西藏地区进行勘测，绘成地图作为《皇舆全览图》的西藏分图。无论从哪个角度来看，使用大地测量法，给出了珠峰准确的经纬度，科学地定位于地图中，这是人类珠峰测绘史上的第一笔！这说明当时的测绘技术与欧洲几乎同步。

　　18～19世纪人们开始认识到地球是个球体，英国、法国、德国为了勘查国土和他们的殖民地国家的区域面积，开始了长达半个世纪的大弧测量工作，也就是现在所称的大地测量,主要目标就是确定地球形状与大小，确定大城市间，地界点间的距离方位，并把这些数据插入到地图中去，以满足战争与税收的需要。因此面临的最大问题就是把地球表面三维的数据拼凑到二维的地图中的挑战。

　　数学家高斯试图要用一张平面的礼品包装纸，解决包住一个圆球所面临的困惑，他把包装纸裁剪成小方块贴在圆球上，因此创造了微分几何学，成为了微积分的发明始祖。地球到底有多大呢？如何来为地球上的万物所在位置提供一个能用数学表达参照体呢，为此我们必须测量出利于数学计算的参照椭球。为了探知地球参考椭球的大小，时任印度测量局局长的Everest指挥安德鲁·沃尔夫的测量大队在印度平原沿着喜玛拉雅弧开展了大弧测量工作，丈量地球大小，同时下命令要求测量队观测喜玛拉雅山脊上的每座雪峰，测量它们的位置高度。珠穆朗玛峰成为世界最高峰就是在1847年被发现的，观测站的距离距珠峰322千米，测站高度70米，珠峰高程8778米。

　　由于地球是个椭球形状，这种超远距离的平面几何观测无法准确获得珠峰的位置并构成真实的球面三角形，同时观测峰顶视线也随着高度的上升以及不同地区气流与密度的影响，视线在发生着剧烈弯曲，观测的角度在三维空间中发生着扭曲变形，由于无法知道准确的珠峰位置，因此无法将远方的目标严格地沿法线归算到地球椭球，已知珠峰位置这是精确测定珠峰的几何高度的前提条件。即使知道了目标点在地球椭球的准确位置，但由于不知道珠峰自上而下沿重力方向的垂线方向，也就无法准确地获得垂直于平均海水面的物理高程——海拔高程。

　　珠峰高程测量与定位并不是人们想象如利用两根木棍构成相似直角三角形测距那么简单，只要我们远离珠峰，我们就必须在弯曲变异的时空环境中解决问题，其原理是包括了数学与物理学的十分复杂的解析过程。