作者:晋楠 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/5/6 10:04:03
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海路带你踏上地球上最长的直线航程

这张地图显示了地球上最长的直线航程,从巴基斯坦到俄罗斯的32090.3公里的路线。图片来源:SCIENCE

如果你想乘船进行世界上航程最大的旅行,但是你没有舵,你会走哪条路?五年前,红迪网的一名用户提议,从巴基斯坦南部到俄罗斯东北部旅行将会达到32090.3公里的行程——这是地球上最长的直线旅程。现在,一个科学家团队最终证明他是正确的。

红迪网的帖子来自用户kepleronlyknows,也就是佐治亚州迪凯特市环境律师Patrick Anderson。他说,在浏览维基百科时,他第一次对这个问题产生了兴趣。这条线(只是一组坐标)出现在一个名为“地球极端点”的条目中。Anderson绘制了这些点,并发布了一段视频证明这条线实际上是直的。他说:“你可能会有点失望,因为我没有发现这条路,但只是想想可以把它绘制在地图上就足够酷。”

Rohan Chabukswar也认为这很酷。但这位科克市爱尔兰联合技术研究中心的物理学家想要更多。“没有证据。”他说。为了获得证据,他和同事、新德里IBM印度研究公司工程师Kushal Mukherjee从美国国家海洋和大气管理局ETOPO1地球表面全球救援模型的数据开始,这些数据显示的整个地球的空间分辨率大约为1.8千米,这意味着该地图捕捉到的最小的特征将是1.8千米。因为该模型还包括高度数据,所以两人可以相对确定哪些点在陆地上,哪些在海上。

有了这些数据,在海洋中找到最长的直线路径变成了几何问题。沿着球体的所有直线路径形成一个叫作大圆的形状。大圆总是在球体的最大圆周上运动,因此总是与球体的中心处于同一平面上。例如,赤道是一个大圆。

最初,研究人员试图通过研究地球上每一个可能的大圆来解决这个问题。在1.8千米的分辨率下,有233280000个可能存在的大圆,每个都有21600个点在陆地或海洋上。总而言之,这意味着需要验证5038848000000个点,这是一种过于费力的计算。

因此,该团队转而采用一种称为“分支和绑定”的优化算法,这是一个只测试所有潜在大圆圈几个子集的计算机程序。然后,它会一次又一次地对那些看起来很有前景的线路进行搜索——那些有路径最长的线路。一台标准的笔记本电脑只用10分钟就能找到最理想的解决方案。研究小组近日在预印本服务器arXiv上报告说,当结果到来后,Anderson和他的维基百科“缪斯”被证明是正确的。

总体看,这段旅程会从巴基斯坦松米亚尼湾附近的沙滩乘船,穿过马达加斯加和非洲大陆之间的鸿沟,穿过南美洲和南极洲之间的孔隙,最后穿过太平洋向西北偏北航行,避开阿拉斯加群岛,在俄罗斯卡拉加斯基区寒冷的海滩登陆。

尽管这条线看起来是弯曲的,但如果把它转换到一个地球仪上,正如上面三个方位的预测所显示的那样,实际上并非如此。

然后,Chabukswar和Mukherjee用同样的算法,在不经过任何大水体的情况下,找到了穿越陆地最长的路径。这让电脑花费了更长的时间计算,45分钟,但它最终在穿过15个不同国家的一条长达11241公里的路径,从中国东部泉州附近开始,到葡萄牙西部萨格雷斯镇结束。

加州大学圣塔芭芭拉分校地理学家Keith Clarke说,这项研究是对优化的一种有趣的运用。他指出,地球并不是一个完美的球体;地球的重力和旋转使它在赤道附近微微隆起。因为海上航线穿过了南极和南美洲之间如此紧密的缝隙,Clarke想知道,即使是轻微的隆起也会导致这条路径被搁浅。在陆地上,模型会受到数据集分辨率的限制。Chabukswar说,由于这些数据不会显示小于1.8平方公里的细节,该模型可能会错过从中国到葡萄牙的路径上可能出现的微小水体。他和Mukherjee不建议驾驶行走。

至于Anderson,他承认数学“很大程度上超出了我的想象”。但他称这是搜索的完美结局。下一个任务是什么呢?回到开头,他打算弄清楚是谁发了那个维基百科的帖子。(晋楠编译)

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