Химия и Химики № 5 2014. Географические карты: немного истории

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Наша Земля круглая - и для картографов это проблема, ведь карты-то плоские. Каким бы способом не составлялись карты, всегда получается то или иное искажение. Различного рода картографических проекций очень много. Ниже представлены наиболее необычные и интересные их варианты, открывающие новый взгляд на мир.

При слове "Картография" в голове почему-то сразу всплывает Паганель из романа Жюль Верна "Дети капитана Гранта". Мудреный и одновременно комичный персонаж. Между тем в картографии ничего юмористического нет. Это серьёзная наука, которая за всю свою историю проделала долгий путь от примитивных рисунков древних людей до компьютерных навигаторов с GPS.

Объектами картографии являются Земля, небесные тела, звёздное небо и Вселенная. Наиболее популярными плодами картографии являются образно-знаковые модели пространства в виде: плоских карт, рельефных и объёмных карт, глобусов. Они могут быть представлены на твёрдых, плоских или объёмных материалах (бумага, пластик) или в виде изображения на мониторе.

Древнейшие карты

Картография появилась, вероятно, ещё до появления письменности. Об этом свидетельствует, например, то, что у народов, не имевших письменности в момент их открытия, уже имелись развитые картографические навыки.

Путешественники, расспрашивавшие эскимосов северной Америки о расположении окрестных островов и берегов, получали от них сравнительно внятные описания, в виде карт, нарисованных на кусочках коры или на песке. Сохранились карты в форме наскальных рисунков в итальянской долине Камоника, относящиеся к бронзовому веку.

Помимо наскальных изображений, до нас дошли древнеегипетские и вавилонские карты, относящиеся к 3-1 тысячелетию до н. э., например Вавилонская карта мира.

Древнегреческая эпоха

Самые древние греки, например, философы милетской школы (примерно VI век до н. э.), считали Землю диском или четырёхугольником. Однако они уже сомневались в этом, например, философ из той же школы Анаксимандр считал Землю цилиндром.

Вскоре начало утверждаться учение о шарообразности Земли. Уже тогда появились первые понятия о климатических зонах, а, следовательно, и географической широте. Примерно в 250 году до н. э. Эратосфен определил с помощью геометрических построений радиус Земли с ошибкой не больше 15 %. Он же ввёл линии широты и долготы на картах.

Клавдий Птолемей составил обширный справочник по координатам различных точек и учебник по составлению карт. Его карты до нас не дошли, однако их можно восстановить по данным его справочника и методикам. Труды Птолемея были вершиной древнегреческого картографического знания. После этого сведения лишь обобщались, а в последующие эпохи картографическое знание пришло в упадок.

Эпоха Средневековья

В раннем Средневековье вопрос о форме Земли перестал быть важным для философии того времени, многие снова начали считать Землю плоской. Получили распространение карты, на которых поверхность Земли изображалась состоящей из дискообразной суши, окружённой океаном.

В то же время, традиции греков во многом сохранялись арабскими учёными (вообще, греческая культура дошла до европейцев в основном благодаря арабам).

Арабы усовершенствовали методы определения широты Птолемея, они научились использовать наблюдения звёзд вместо Солнца. Весьма подробную карту тогдашнего мира составил в 1154 году арабский географ и путешественник Аль-Идриси. Интересная особенность карты Идриси, как, впрочем, и других карт, составленных арабами - юг изображался сверху.

Некоторую революцию в европейской картографии устроило введение в пользование в конце XIII - начале XIV веков магнитного компаса. Появился новый тип карт - подробные компасные карты морских берегов - портоланы.

Эпоха Возрождения и Новое время

В середине XIV века началась эпоха Великих географических открытий. Из-за этого обострился и интерес к картографии. Важные достижения доколумбовского периода - карта Фра Мауро (1459 года, эта карта, в некотором смысле придерживалась концепции плоской Земли) и "Земное яблоко" - первый глобус, составленный немецким географом Мартином Бехаймом.

После открытия Америки Колумбом в 1492 году у картографии появился новый континент для исследования. Очертания американского континента стали ясны уже к 1530-м годам.

Весьма помогло развитию картографического дела изобретение печатного станка. Но настоящую революцию в картографии совершили Герхард Меркатор и Абрагам Ортелиус, создавшие первые атласы Земного шара. При этом Меркатору пришлось создать картографию как науку: он разработал теорию картографических проекций и систему обозначений.

Увеличению точности карт содействуют более точные способы определения широт и долгот, открытие Снеллиусом в 1615 году способа триангуляции и усовершенствование инструментов - геодезических, астрономических и часов.

Но лишь в конце XIX столетия стали производиться точные инструментальные съёмки на больших пространствах и издаваться настоящие топографические карты различных государств в крупных масштабах. К началу XX столетия съёмка мелкомасштабных топографических карт большинства государств ещё не была закончена. Полностью задачу построения мелкомасштабной карты мира удалось решить только к середине XX века.

Как уже было сказано, абсолютно правильных карт не бывает. Все карты передают реальный мир с искажениями и отражают картину, соответствующую задачам картографа. Ниже некоторые примеры картографических проекций, как привычных нам, так и необычных.

Проекция Меркатора

Многие столетия люди создают свое представление о нашем мире, глядя на проекцию Герарда Меркатора, созданную ещё в 569 году. Она набрала популярность и используется до сих пор, несмотря на то, что искажает соотношения площадей. Страны севера кажутся гораздо больше их фактического размера. Это хорошо заметно на примере Гренландии. Она выглядит больше Австралии и сравнима с Южной Америкой. В реальности Гренландия втрое меньше Австралии и в 8 раз меньше Южной Америки.

Меридианы в проекции Меркатора представляются параллельными равноотстоящими линиями. Параллели же представляют собой параллельные линии, расстояние между которыми равно расстоянию между меридианами вблизи экватора и быстро увеличивается при приближении к полюсам. Сами полюса не могут быть изображены на проекции Меркатора, поэтому обычно карту ограничивают областями до 80-85° северной и южной широты.

Проекция Меркатора оказалась весьма удобной для нужд мореходства, особенно в старые времена. Объясняется это тем, что траектория движения корабля, идущего под одним и тем же румбом к меридиану, в проекции Меркатора изображается прямой линией на карте. Сейчас и в морской и в воздушной навигации используются другие расчеты, но карта данного типа по привычке осталась.

Проекция Петерса

Немецкий историк профессор доктор Арно Петерс выступил против системы Меркатора. Он использовал подход Джеймса Галла, который тот применял при создании карт небесной сферы.

В 1973 году он создал карту мира, в которой заменил градусную сетку координат прямоугольной (ортогональной) в децимальном измерении. Таким образом, объективное отображение положения континентов, стран и их соотношение друг к другу на карте Петерса изменилось. Искажение площади поверхности было устранено.

Следствием метода Петерса было оптическое уменьшение размера площади Европы и её удаление из центра мировой карты на север, в то время как африканский континент, Азия и Латинская Америка, в силу их большой площади, заняли центральное место.

Проекция Галла-Петерса дает более или менее верное понимание соотношения размеров разных стран и континентов, но искажает углы и формы.

Это хорошо заметно на примере формы России, которая все же выглядит более близкой к действительности, чем у Меркатора.

Проекция Димаксион

Проекция Димаксион (от англ Dymaxion - образованное от слов "dynamic, maximum, tension" - "динамика, максимум, напряжение") - картографическая проекция земного шара на поверхность многогранника, который представлен в виде плоской развёртки. Проекция создана Бакминстером Фуллером, получившим патент на карту в январе 1946 года.

Границы каждой грани проекции соответствуют по масштабу длине соответствующей дуги большого круга, а карта внутри грани представляет собой сжатое к центру изображение земной поверхности, заключённой между этими дугами.

Фуллер утверждал, что его проекция имеет ряд преимуществ над другими проекциями земного шара. Она имеет меньшие искажения относительных размеров объектов, особенно в сравнении с проекцией Меркатора; меньшие искажения формы объектов.

Ещё более необычным является отсутствие на карте "верха" и "низа". Фуллер утверждал, что вселенная не имеет верха и низа, севера и юга, а только "внутри" и "снаружи". Принятое на обычных картах верхнее расположение севера и нижнее расположение юга он расценил как "культурный предрассудок".

Азимутальная проекция

Это одна из важнейших картографических проекций. В ней параллели нормальной сетки есть концентрические окружности, а меридианы - их радиусы, расходящиеся из общего центра параллелей под углами, равными разности долгот. Каждая точка на карте имеет тот же самый азимут по отношению к среднему меридиану, который эта же точка имеет со средним меридианом на сфере.

Нормальные азимутальные проекции применяются для карт полярных стран, для Арктики и Антарктиды.

Проекция Бонне

Псевдоконическая равновеликая проекция, иногда называемая проекцией Сильвануса. Названа по имени Ригобера Бонне (1727- 1795), однако проекция применялась ещё до его рождения: в 1511 году её использовал Сильвано.

Параллели на проекции отображаются в концентрические дуги, вдоль которых обеспечивается правильный масштаб. На центральном меридиане и стандартной параллели сохраняются формы объектов.

Гномоническая проекция

Проекция получается проектированием точек сферы из центра сферы на плоскость. Название этой проекции связано с гномоном - вертикальным столбиком простейших солнечных часов.

Важное отличительное свойство гномонической проекции состоит в том, что в ней все большие круги сферы изображаются прямыми линиями плоскости. Поэтому гномоническая проекция применяется там, где приходится работать с изображениями больших кругов, а заметные искажения формы и размеров областей не столь существенны.

В астрономии она (точнее, её специальный тип - сетка Лоренцони) используется при наблюдении за метеорами, в навигации - для построения пеленгов радиоисточников, в сейсмологии - для изображения направления распространения сейсмических волн.

Ретроазимугальная проекция Крейга

Картографическая проекция, созданная Джеймсом Крейгом в 1909 году.

Это цилиндрическая проекция, сохраняющая направление между любой точкой на геоиде и центром проекции. Известна также как "Проекция Мекки", поскольку Крейг, служивший картографом в Египте, создал карту, чтобы облегчить мусульманам поиск киблы (направления на Мекку).

Историческая ориентация

Исторически сложилось так, что север на картах изображают сверху. Но почему не юг?

При составлении карты необходимо иметь некое фиксированное направление. Такое направление обязательно должно быть ассоциировано с неким неподвижным объектом. Однако на Земле всё двигается и перемещается, поэтому этот объект надо искать среди звёзд на небе. Единственной почти неподвижной звездой, наблюдаемой в северном полушарии, является Полярная звезда.

При рисовании карты, человек для удобства располагает её ниже своей головы, и когда он становится так, чтобы видеть Полярную звезду прямо перед собой, верх карты автоматически указывает на север. Поэтому многие картографы северного полушария ориентировали карты так, что сверху получался север.

По аналогии с традицией, возникшей в северном полушарии, в государствах южного полушария карты иногда ориентируют югом кверху.

Кроме того, простой привычкой вызвано наше желание видеть в центре карты Европу, слева Америки, справа Австралию. Любая страна может поместить свой регион в центре. Многие так и делают.

***

Выше вы видели только небольшую часть возможных проекций поверхности нашей планеты. Как показалось автору наиболее непривычную, а значит, наиболее интересную часть. Может возникнуть вопрос: какая же карта наиболее правильная? На это могу только посоветовать - купите глобус.

журнал Открытия и гипотезы