世界上最高的山是哪座?这像是选美比赛上会问起的浅显问题。不过,不要急着下结论,你的地理老师也许没有告诉你全部的真相。我们在互联网上无意中发现了一些叫人困惑的照片,因此决定要好好调查一番。
你也许还记得上学时数学课上的三角函数问题,老师会让你计算建筑物高度或者山的高度,还不能用万能的谷歌,只能用你的计算能力,比如这样。
那么,问题就来了,而且有两个。首先,在每一度的差异都很要紧的情况下,你要如何来精确测量角度呢?其次,要如何精确测量建筑物的距离,尤其是当建筑物边上还有个花坛的时候?我敢说,运用三角函数来测量山峰的海拔会更有挑战性。
三角测量:经典办法
历史上的人们会直接测量地面上两个点之间的距离,然后测量山顶与每个点之间的角度。接着,人们会进行上百次的小幅度调整,然后,喏,在19世纪和更早以前的时代,微积分就是这样子算出来的。但是,测量出来的真的是海拔高度吗,还是只是突起度?
三角原理还有一个让人担心的地方。如果你需要测量的物体形状并不完美,而且测量对象投下的阴影难以察觉呢?假如不是宏伟又固定的马特洪峰,而是勃朗峰呢?那样的话,要识别峰顶可并不容易。
GPS 与实时动态测量:测量的新艺术
现在,数字革命能够解救你。说实话,现代 GPS 与 RTK (实时动态测量)系统仍然依赖于几何公式以及测绘技术,这一点从19世纪到现在都没有怎么变过。
你大可以将 GPS 接收器安放在任何山上(通过无线电讯号来接受4个甚至更多 GPS 卫星的数据,以确保测量足够精确),然后获得接收器相对于卫星的高度,卫星位于与地球中心有一定已知距离的位置,而地球,又是个回转椭球体(这意味着,地球不是绝对的圆形,而是有点像橘子的形状)。这样测量就够了吗?不,你仍然要辨别出自己的参考基准点是海平面、平均海平面、山脚的高度,还是你认为的山的起始位置等等。
你的参考基准点是什么?
测量高度是件很棘手的事情。随着技术的进步与发展,你会感到游戏规则经常在改变。你会有一种感觉,这就像是坐在物理课堂上,而你的老师问了一个问题:“如果你在时速80英里/小时的火车上开枪,子弹的移动速度会更快还是更慢呢?”你坐在那儿思考:“比你站在地面上要更快?是朝哪个方向射击呢:是朝着火车前进的方向,还是反方向?诸如此类。”这节课接下来的时间里,你都在考虑这个问题,而老师对于孩子们在忙着思考问题很高兴。孩子们的脑袋忙着思考,不会去捣蛋调皮,生活因此得以继续。
玩笑归玩笑,我们还是提出了一些问题,而问题的答案,会改变你对山峰高度的看法。你的参考基准点是什么?
- 你的所在位置(典型的三角定位):那是突起度,而不是海拔/高度,因为你很有可能站在了“主鞍部平面”(Key Col)上。因此,突起度大致就是从顶峰到任何其他较高地形所包含的最小垂直高度差。而这一高度差的最低点,就叫作主鞍部平面。
- 海平面:如果你目力所及的几百英里范围内都没有海怎么办?而且,即便你能看到海,海平面也会因为潮汐、海浪和地心引力产生最多有50米的差异,这就是为什么我们有所谓的“平均海平面”(average/mean sea level)。平均海平面以上(above mean sea level,简称 AMSL)的高度就是物体的海拔(在英语里,地面上某个物体的海拔叫作 elevation,当这个物体在空中时,就叫作 altitude),这与平均海平面基准面或大地水准面有关。如今基于 GPS 的最精准的测量方法,可能会在测量高度大于7千米的物体时,产生范围在一英尺或两英尺内的误差。
- 山脚/山的底部:如果你身处山中,看到的不是——比如说,澳大利亚的乌卢鲁山那样的单座独立山峰,而是K2(即世界第二高峰,乔戈里峰)或安纳布尔纳峰那样的山峰,那可供落脚的山脚就太多了!不过,这也许是测量山峰高度最精确的方式。那么,要如何识别山脚呢?有些山是所谓的褶曲山,有些是断块山,而有些则被侵蚀得相当严重,让你无法判断山脉的起点在哪里,山谷的终点又在哪里。这种问题也许得去请教地质学家,他们才懂得如何识别山体岩石褶曲的构成,以及只有山上会有的特定生物群。
- 海底?欢迎来到10,994米深、别名“世界底部”的马里亚纳海沟,或者是二十多年前(1997年)刚刚发现的10,732米深的赛琳娜深渊。想象一下吧,等到人类对世界上剩下的95%的海洋底部有了了解,还会出现多少更深的参考点!
如果你想要更细致地了解基于地球特征的诸多测量原理之下的物理知识,可以去看一看海平面测量,以及为什么就某种角度来说,夏威夷岛上的莫纳克亚山比珠穆朗玛峰夏威夷岛上的莫纳克亚山比珠穆朗玛峰更高。这会让你大致了解到海平面是什么,以及海平面是如何对我们基于“平均海平面”的测量方法产生影响的。
那么,要如何测量高度呢?对了,你有没有把山上的冰盖考虑进去呢?还是说,应该只测量岩石?