Рауль Ибаньес - Том 26. Мечта об идеальной карте. Картография и математика

В этой книге мы постараемся ответить на эти вопросы, а также подробно рассказать о картах, которые мы видим каждый день. При изучении карт не обойтись без дифференциальной геометрии, которая входит в курсы картографии для таких специальностей, как география, судовождение, океанология и другие. Однако мы стремимся избежать специальных терминов и рассказать о картах с интуитивно понятной, «геометрической» точки зрения, поэтому будем использовать только методы классической геометрии (в частности, геометрии Евклида и тригонометрии). Приближенные равенства, которые мы будем приводить во многих рассуждениях, исчезают при переходе к пределу, однако в этом случае мы применим лишь самые основы дифференциального и интегрального исчисления, относящиеся к дифференциальной геометрии.

Перед тем как приступить к составлению или изучению карт планеты, на которой мы живем и которая поэтому представляет для нас наибольший интерес, следует изучить ее форму и размеры. Так мы научимся определять положение точек на ее поверхности и отметим некоторые геометрические особенности Земли, которые интересовали ученых начиная с глубокой древности. Уже Клавдий Птолемей в «Географии» писал: «…Первое, что следует изучить [для того, чтобы создать карту мира] — это форма, размер и положение Земли относительно ее окрестностей [неба] так, чтобы мы смогли говорить об известной ее части, сколь велика бы она ни была […]. Эти деяния принадлежат к числу благороднейших и прекраснейших умственных занятий — узнаванию посредством математики… [природы] Земли по ее изображению…»

Именно в этом состоит цель геодезии. Слово «геодезия» происходит от греческого «гео» («земля») и «даио» («делю»), оно означает «деление Земли». Геодезия — это наука, изучающая форму и размеры планеты, ее поле тяготения и траекторию движения. В геодезии нельзя обойтись без геометрии — само сходство этих слов говорит о важной связи между ними: «геометрия» происходит от греческого «гео» («земля») и «метриа» («измерять»), то есть означает «измерение Земли».

* * *

КЛАВДИЙ ПТОЛЕМЕЙ (ОК. 90-170 ГОДЫ)

О жизни этого астронома, математика и географа известно немногое. Мы знаем, что он был римским гражданином греческого или египетского происхождения, жил и работал в Александрии. Он был автором двух трактатов, оказавших огромное влияние на европейскую и мусульманскую науку: «Альмагеста» (от арабского «Великое построение») и «Географии». В «Альмагесте», в котором прослеживается влияние Гиппарха, Птолемей собрал и расширил знания греков об астрономии, а также описал соответствующие математические методы. В этом трактате он подробно изложил математическую теорию, описывающую движение Солнца, Луны и планет.

Его модель мира была геоцентрической и описывала движение сферических небесных тел с помощью эпициклов, сочетавших в себе несколько видов кругового движения. Кроме того, в «Альмагесте» приводился каталог звезд. Более популярным языком Птолемей изложил свои идеи в труде «Планетные гипотезы». Его «География» представляет собой сборник знаний о географии мира того времени. В трактате описаны способы создания карт мира («ойкумены») и римских провинций с помощью координатной сетки. Карты Птолемея (дошедшие до нас благодаря репродукциям XV века) обладали важным достоинством: они были созданы с применением геометрических проекций. Тем не менее эти карты были очень неточными, ведь в те годы знания о землях за пределами Римской империи и даже о некоторых римских провинциях были ошибочными. Кроме того, размеры Земли, вычисленные Птолемеем, были намного меньше реальных. В своих книгах «Аналемма» и «Планисфера» Птолемей объясняет соответственно ортографическую и стереографическую проекции. Также ему принадлежат трактаты «Гармоника» — о музыке, «Оптика» и «Четверокнижие», посвященные астрологии.

Восстановленный вариант одной из карт мира, приведенных в «Географии» Птолемея. Эта карта также дана в «Космографии» Йоханнеса Армсшейнаи Николаса Германуса(1482).

* * *

Три первые главы этой книги посвящены изучению Земли, ее форм и размеров, географических координат и больших кругов.

Сегодня вопрос о том, какую форму имеет Земля, может показаться даже несколько оскорбительным: как все мы знаем, наша планета круглая, подобно мячу, и сплюснута у полюсов (то есть, говоря математическим языком, ее форма ближе к эллипсоиду). Также в школе нас учили: люди были убеждены в том, что земля плоская, пока Христофор Колумб не доказал современникам, что она имеет форму шара.

Спутниковые снимки Земли доказывают, что наша планета круглая, а не плоская.

В нашем сознании настолько укоренилась мысль о том, что Земля круглая, что мы и не думаем спорить с этим. Но каковы прямые доказательства того, что Земля на самом деле круглая? Одним из них могут служить многочисленные спутниковые снимки, на которых видно, что наша планета имеет форму шара. Но даже если отбросить маловероятную теорию заговора, согласно которой эти изображения — подделка, все же проверить подлинность спутниковых снимков мы не можем. Как писал древнегреческий философ Аристотель(384 год до н. э. — 322 год до н. э.) в своем трактате «О небе», нам нужны «явления, доступные ощущениям».

Многие народы, населявшие Землю еще примерно 2300 лет назад — египтяне, вавилоняне, китайцы и даже греки, — считали, что Земля совершенно плоская.