第一位知道地球大小的人 │ 科學史上的今天：06/22

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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「地球到底是不是圓的？」這個疑問從過去到現在一直是為人所樂道的話題。

平的地球？圓的地球？

雖然對大部分臺灣人來說，地平說幾乎就是驚世駭俗、毫無基本常識的說法，然而，真實世界中真的有那麼一群瘋狂的人，認為「圓地球是 NASA 的謊言」，甚至呼籲「大家不要被科學家騙了」，並且創立所謂的地平說協會（Flat Earth Society）、盛大舉辦討論地平說的研討會。

對於這些地平說支持者來說，地球究竟長成什麼樣子呢？事實上，有許多地平說支持者都強力主張「地球像是一張 CD」，北極，就是 CD 的中心點，而南極，則圍繞著 CD 外圈的區域。

在科學、科技發展快速的 21 世紀，對於受過義務教育、習得基本科學知識的現代人而言，地球究竟是圓的還是平的，這個問題我們早就有了一定的共識和解答，因此，目前只有極少數人被地平說的論點所折服。

然而，在古代，人們卻很難想像，我們所身處的地球竟然是一顆圓球！

「如果地球是圓的，為什麼我們不會掉進無盡的宇宙？」、「如果地球是圓的，為什麼人可以站在平面上？」，太多太多問題，都使得地球是圓的這件事情不被眾人所接受。

古代人才不笨！圓地球的種種跡象

但其實，早在古希臘，人們便已經透過許多不同的方式去佐證地球是圓的，而後這個想法便被稱之為「地圓說」。

學者們也漸漸提出許多關於地圓說的相關證據，例如，觀察遠方駛近港口的船，如果地球是平的，人們應該會直接看到整艘船緩緩駛入港口，但在船駛入時，人們卻是先看到船桿，才逐漸看到船體。

當月食發生時，擋住月球的地球影子看起來是圓弧形狀，人們從中推測地球也應該是圓球狀，此外，在各緯度旅行的商隊也發現，當越往北方高緯度走時，北極星的仰角越來越高，且不同緯度看到的星座位置也會發生改變。

種種證據都讓古代人越來越相信地圓說，並且開始接受其實地球是一顆圓球。而古希臘學者——埃拉托斯特尼，便是利用地圓說為基礎，成功算出地球周長！

兩千年前，人家就算出地球的圓周長啦！

埃拉托斯特尼是一位精通數學、天文、地理等各種面向的古希臘學者，居住在亞歷山卓城。

在亞歷山卓城的南方有一座賽伊尼城，每當夏至（太陽直射北回歸線）時，太陽會剛剛好位在賽伊尼城的上方，而太陽光也會直直地射入賽伊尼城的一口井裡，當埃拉托斯特尼聽說這件事情時，便想到了測量地球周長的方法。

當太陽直射北回歸線當天中午，埃拉托斯特尼在亞歷山卓城立了一根垂直的木棍，根據木棍的影子測量出當天太陽照射亞歷山卓城的角度，他發現，當天正午時刻，太陽並不在亞歷山卓城的正上方，而在稍微偏南一點的天空中，埃拉托斯特尼測得太陽光射到地面的角度與豎立的木棍中間夾了大約 7.2 度的夾角。

因太陽距離地球很遠、很遠、很遠，我們可以將太陽光視為平行光，當太陽光照射到亞歷山卓城豎立的木棍，並夾了 7.2 度的夾角時，透過推算可以得知，從亞歷山卓城延伸到地心時與賽伊尼城延伸到到地心時的角度同時也夾了 7.2 度的夾角（即數學中內錯角的概念）。

換句話說，即是代表亞歷山卓城與賽伊尼城這段圓弧線所對應的弧長為 7.2 度，這時，只要再知道亞歷山卓城與賽伊尼城兩地的距離，便可以用比值的方式去得出地球真正的圓周長度。

埃拉托斯特尼詢問了往返兩地的駱駝商隊，簡易估算從亞歷山卓城到賽伊尼城的距離約為現今的 800 公里，既然 800 公里的弧長對應到 7.2 度，地球是球體，所以應為 360 度，埃拉托斯特尼便利用了比值的方法算出「地球的總長，應為 4 萬公里左右」。

自此，透過駱駝與影子，埃拉托斯特尼成為了丈量地球周長的第一人，而距今兩千年的埃拉托斯特尼所測出的地球周長，也與現今我們所測得的地球周長十分接近。

中國人「天圓地方」的宇宙觀

西方的地圓說使的埃拉托斯特尼找出地球周長，而在東方，則發展出兩種不同的學說——蓋天說、渾天說。

蓋天說與渾天說同時認為「天道圓，地道方」，兩者最大的不同在於：

• 蓋天說：我們所站立的地面是被一個「半球體」所覆蓋。
• 渾天說：我們所站立的地面是被「一整顆圓球」圍繞。

雖然兩個學說對於天的概念十分相背，但卻同時認為，我們所站立的地面是平的，而並不是一顆球體。

在蓋天說與渾天說的爭論中，最後到底由誰勝出？一直到了唐朝，天文學家僧一行為了修改曆法而進行天文測量時，才成功確立渾天說的地位！

當時唐朝所使用的曆法顯示，九月某一日應該會發生日食現象，但觀測後的結果卻與當時曆法產生極大的差異，唐玄宗便決定要修正曆法上的誤差，而當時修正曆法的工作，便交給了僧一行等人。

曆法的制定與地球繞著太陽公轉大有相關，以現今時常聽到的 24 節氣為例，就是透過太陽正午時的仰角所訂定出來的，因此，僧一行決定先測量中國各地，當正午時分太陽光照射到地面時，竿影長度的變化，藉由太陽照射角度與影子的變化，推算正確的曆法時間。

中國史上第一次全國大地測量！

首先，僧一行找出數個觀察點，北至蒙古，南至越南，開始測量每一個觀察點在不同日期的正午，太陽照射所產生的「竿影長度」。

古代流傳著「日影一寸，地差千里」的說法，因此當時的中國人大都認為，當兩個地方測量到的竿影長度相差一寸（約為現在的 2.5 公分），則兩地的距離相差為 1000 里（約為現在的 250 公里)。

然而，隨著僧一行等人不斷測量和計算，他發現，測量數據並不符合「日影一寸，地差千里」的說法，當兩地距離千里時，竿影長度並不一定相差一寸。

為什麼古代人會流傳著「日影一寸，地差千里」這種錯誤的論點呢？因為當時無論是蓋天說或是渾天說，都認為地球是平的！在天圓地方的宇宙觀中，古代人認為，不同地點會接收到來自不同角度的太陽光，並使得不同地點的竿影長度會隨著距離越遠而變得越長（上圖右方）。

但實際上，造成各地竿影產生差異的關鍵，其實是因為地球本身是一顆自轉軸傾斜的「球體」，在遙遠太陽的直射光之下，才顯得各地太陽照射角度隨著時間而不同，並在各地產生不同長度的竿影！

既然「日影一寸，地差千里」來自地平說的錯誤基礎，當然就不符合與僧一行等人測量出來的資料結果啦！

然而，雖然僧一行等人推翻了過往的說法，卻不知道箇中原因。

他不僅是和尚，也是一位天文學家

除了駁斥過往的說法，僧一行等人也找出其他的規律！

當時學者們已經具有各地所看到的星空會產生改變的知識基礎，所以僧一行不僅在各地測量了竿影長度，也開始測量各地所看到的「北極星仰角高度」。

北極星仰角高度，就是從地面抬頭仰望北極星之角度，如同當今「緯度」的概念，而僧一行好奇的是，各地北極星的高度變化（也就是各地緯度）與兩地距離之間是否有相關。

透過計算，僧一行等人發現，當兩地在同一子午線上間隔約 130 公里時，其北極星高度約相差 1 度，也就是在同一條經線上，當兩點的緯度相差 1 度時，距離約相隔 130 公里^註1！僧一行等人透過北極星高度成功算出子午線上的 1 度長！

算出經線的長度了，然後呢？

隨著僧一行等人持續進行精密的計算與後續的天文觀測，最終成功為唐朝編制出《大衍曆》，不僅解決曆法上的誤差，更使大衍曆成為後續曆法的重要基礎。

等等！就這樣？他們只測得子午線的 1 度長？

然後，就沒有然後了。僧一行等人只有算出子午線 1 度長，並沒有繼續算出地球圓周長。追根究柢，僧一行等人止步於此的主要原因，最終還是回歸到當時東方人所信奉的是「渾天說」而非「地圓說」。

由於渾天說認為地面是平的，因此僧一行等人雖然算出子午線的 1 度長，但他們受困於根深蒂固的古代東方宇宙觀而無法繼續往下思考，也無法像埃拉托斯特尼一樣得出地球的圓周長。

逐漸擺脫地平說的掌控

到了明朝，雖然中國科學家終於提出了「接近」地圓說的概念，但仍難以擺脫地平說的影響，使得他們提出的概念比較偏向「陸球觀」：只勉強承認大地是圓的，但四周的海洋依舊是平面的圍繞著大地。

換句話說，雖然明朝科學家認定「地表是圓球狀」的結構，但其背後的核心觀念還是較接近地平說的觀點，他們勉強承認大地是球形的，但認為海洋是平面的，海洋佔據宇宙的下半部，而陸地浮在平面的海洋上。

直到明朝末年，西方傳教士逐漸將西方的地圓說、地圖帶至東方後，「地球」的概念才逐漸被東方所接受，而世界各地的人們，也透過科學家們提出的各種證據開始相信，地球是一顆圓球！

無論是埃拉托斯特尼成功算出地球周長，或是僧一行得出子午線一度的長度，其實科學就是一個不斷演進的過程，科學家不斷在過程中發現、嘗試、犯錯、再發現，跳脫過往不曾懷疑過的觀念，抽絲剝繭並發展出新的知識。

對於 21 世紀的我們來說，「地球」只是平凡不已的常識，地球圓周長、經緯度座標系也是教科書上實實在在的數字與基本概念，但現在，我們知道，在這些看似「理所當然」的背後，其實是數百、數千來的嘔心瀝血與跋山涉水。

註解

1. 今日所得之經線 1 度長約為 111.7km。

參考文獻

1. 楊榮垓，楊效雷（2018）。一位身披袈裟的科學家：僧一行的故事。
2. 宋正海. (2012). 傳統地平大地觀. 中華科技史學會學刊, (17), 79-82.
3. 【大宇宙小故事】01 平的還是圓的 | CASE報科學

• 作者／張之傑

自序

今年元月間，新冠肺炎傳入台灣。經過SARS，一時風聲鶴唳，在公衛機構的宣導下，上了年紀的人大多宅在家裡。一些例行集會取消了，朋友絕少晤面，連兒孫也不敢來看我們。

在這特殊時期，應該寫點東西才對。首先想到的是，將去年的和平號郵輪環球日記（四月十九日至八月一日）整理出來。思及日記中有許多不足為外人道的私事，還是先做其他事為宜。又想到自短篇科幻小說集《什麼也沒發生》出版，去年一年沒出新書，何不再寫二十篇短篇輯成一本集子。

將要行動時，內人建議應該寫我的強項（科普），可將環球日記中與科學有關的部分摘出，或借題發揮，寫一本別開生面的科普書，連書名也想好了。內人還提出一些題目，如地中海飲食、原始飲食、救難演習等。這倒是個方便法門，環球日記十六萬多字，很多素材可資利用。

於是自元月下旬起，以紀實加上散射出的知識，根據時間軸一路往下寫。第一篇〈麥哲倫環繞地球〉，第二篇〈橫濱開埠的聯想〉，第三篇〈時區和時差〉，第四篇〈暈船和壞血病〉，第五篇〈黑水溝〉，第六篇〈另眼看香港〉……。五月三日殺青，計六十篇，約十萬字，每篇配上幾張圖，將是一本很像樣的小書。

昨日完工，今天適逢五四。許多人可能忘了，五四是中華民國的文藝節（中國大陸訂為青年節）。我年輕時曾經是文藝青年，在文藝節寫下這篇自序，對我來說有其特殊意義。（民國一○九年五月四日晨於新店南軒）

旅程的起點

2019 年 4 月 20 日，我們搭乘和平號從日本橫濱出航，同年 8 月 1 日回到橫濱，以 103 天繞行地球一週。

如今即便是小學生，也知道地球是圓的。從地球上的任一處，向西、或向東航行，都可以回到原點。可是在地理大發現初期，這還是個有待證實的學說呢。

不論東西，古人都認為大地是平的。

從推論到地球走一遭：地圓說如何被證實？

古希臘時期，學者們開始以科學觀點探討大地的形狀。西元前四世紀，亞里斯多德以三個例證說明大地是圓的。其一，越往北走，北極星越高；越往南走，北極星越低。其二，進港的船隻，先露出桅杆，再露出船身，最後才看得到整艘船。其三，月食時，地球的投影為圓形。

此後，西方學者普遍接受地圓說。然而，直到麥哲倫率領船隊繞行世界一週，才真正證實了地圓說。

堅信地圓說，實踐航海夢：麥哲倫的繞地球計畫

麥哲倫（1480-1521）是葡萄牙人，他年輕時，葡萄牙人已取代了阿拉伯人，掌控從印度洋到東方的航路，並在很多地方建立起殖民地。1492 年，哥倫布發現美洲，西班牙成為另一個殖民帝國。

1493 年，教皇雖作出裁決：「雙方以子午線為界，線西歸屬西班牙，線東歸屬葡萄牙。」但葡、西兩國的競逐並未停止。

麥哲倫曾在東南亞參與殖民戰爭，他意識到香料群島（摩鹿加群島）以東，是一片大海，再往東可能就是美洲。他堅信地圓說，1518 年向西班牙國王提出繞行地球一週的計劃。翌年 8 月 10 日，率領一支由五艘海船，約 270 人組成的船隊出發了。

帆船時代：先有風，才有出海的理由

帆船時代航海，除了逆風，只要調整風帆，可以利用各種方向的風，但先決條件是要有風。

在大洋上，赤道附近及南北緯三十度（馬緯度）屬於低壓帶，不是沒風，就是風力微弱，不利帆船航行。然而，靠近陸地會有季風，譬如鄭和下西洋，都是冬季利用東北季風西去，夏季利用西南季風東歸。

南北半球的低緯度地區，即赤道至南北緯三十度，分別存在著東南信風帶和東北信風帶。它們風向穩定，很講「信用」。

帆船時代的遠洋航海，主要利用信風，所以又稱貿易風。在南北緯中緯度地區，即南北緯三十度至六十度之間，固定吹西風，稱為盛行西風帶。南北緯六十度至九十度之間，固定吹東風，稱為極地東風帶。這都是帆船時代遠洋航海所必須掌握的。

麥哲倫從西班牙出發，一路航向西南，到達南美，當時從西歐到南美已是一條熟悉的航道。

再沿著南美海岸線南下，1520 年 10 月間，從南美最南端找到一個出口（麥哲倫海峽），經過二十多天艱苦迂迴的航行，出了海峽眼前頓時呈現出一片風平浪靜、浩瀚無際的海洋。麥哲倫稱之為 Mare Pacificum，意為平靜的海，這是太平洋一名的由來。

地理和航海史上的革命——繞行地球一週

麥哲倫首次橫渡太平洋，在地理學和航海史上是一場革命。

此舉證明地球表面大部分地區不是陸地而是海洋；世界各地的海洋不是相互隔離，而是一個完整的水域。這為後人的航海事業起到了開路先鋒的作用。

此後他們航向西北，經過一百多天，船隊首次抵達有人居住的島嶼（馬里亞那群島）。1521 年 3 月 16 日，船隊來到現今菲律賓的霍蒙洪島。船上的一位馬來籍奴僕，聽出島民說的是馬來方言，由此證明穿越太平洋向西，也可以抵達遠東地區。

1521 年 4 月 27 日，麥哲倫因介入部落戰爭，在菲律賓宿霧的麥克坦島被殺。他的部屬繼承他的遺願，經香料群島，從帝汶橫渡印度洋，繞過好望角北上，1522 年 9 月 6 日回到西班牙，完成繞行地球一週的壯舉。