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

* * *

МЕТР

Единицей длины в Международной системе единиц является метр, который сегодня определяется как расстояние, которое проходит свет в вакууме за 1/299 792458 секунды (примерно 3,34 наносекунды, то есть 3,34 миллиардных (10 -9) частей секунды).

В разное время метр определялся по-разному, однако началом его использования в качестве универсальной единицы длины мы обязаны Великой французской революции. В 1790 году для унификации единиц мер была создана Комиссия по мерам и весам. Было поставлено два условия: единицы измерения должны быть универсальными, то есть применяться повсеместно, и они не должны быть выбраны произвольно. В соответствии с этими условиями новая единица длины, метр, была определена как одна десятимиллионная часть расстояния от Северного полюса до экватора, измеренного вдоль меридиана. В самый разгар революционных потрясений было организовано две экспедиции для измерения длины парижского меридиана между Дюнкерком и Барселоной. Экспедицию, которая направилась в Дюнкерк, возглавил Деламбр, барселонскую экспедицию — Мешен. В ходе измерений с помощью триангуляции, которые длились 7 лет, ученые пережили всевозможные тяготы и многочисленные приключения. Этим событиям посвящен очень интересный роман Дэниса Гейджа «Измерение мира» (« The Measure of the World »).

В нашем рассказе о картографии не обойтись без географических координат — широты и долготы, которые позволяют однозначно определить положение любой точки земной поверхности. Познакомьтесь с координатной сеткой, образованной двумя почтенными семействами сферических кривых — параллелями и меридианами, которые являются кривыми постоянной широты и долготы. Мы настолько привыкли к тому, что кратчайшим путем между двумя точками является прямая, что сложно представить, что на поверхности сферы это не так. Однако это действительно не так, хотя бы потому, что на поверхности сферы нельзя провести прямую. Следующий вопрос кажется очевидным: какие кривые играют на сфере ту же роль, что и прямые на плоскости? Точнее, каков кратчайший путь между двумя точками сферической поверхности? Ответом на этот вопрос будет еще одно интересное семейство сферических кривых — большие круги.

Чтобы определить географические координаты, нужно учесть вращение Земли вокруг воображаемой оси, проходящей через ее центр. Северный и Южный полюс — это точки пересечения оси с земной поверхностью, а также единственные точки, которые при вращении Земли остаются неподвижными. Если мы рассмотрим сферическую модель нашей планеты, то параллели будут окружностями, полученными сечением сферы плоскостями, перпендикулярными ее оси вращения (см. следующий рисунок). Существует особая параллель, экватор, которая находится на полпути между Северным и Южным полюсом. Экватор определяется сечением земного шара плоскостью, перпендикулярной его оси вращения и проходящей через центр нашей планеты. Экватор — это самая длинная параллель.

Схема, на которой изображены пять главных параллелей и широта точки Р.

Широта произвольной точки земной поверхности определяется как угол наклона относительно плоскости экватора, то есть угол между отрезком, соединяющим центр земли с рассматриваемой точкой, и плоскостью экватора (на предыдущей схеме этот угол обозначен буквой φ ). Например, город Бильбао расположен на 43°15′52″ северной широты, то есть в 43 градусах 15 минутах и 52 секундах к северу от экватора. Широта принимает значения от 90° ю. ш. (в Южном полушарии) до 90° с.ш. (в Северном полушарии). Следовательно, параллели — это кривые, образованные точками с одинаковой широтой.

Данное нами определение широты верно для сферической модели Земли, которую мы рассматриваем в этой книге. Для эллипсоидной модели требуется более общее определение геодезической широты, которая понимается как угол между плоскостью экватора и перпендикуляром к прямой, касательной к меридиану эллипсоида, проходящему через данную точку (см. следующий рисунок).

Понятие геодезической широты обобщает понятие широты для эллипсоидной модели земной поверхности.

* * *

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ КООРДИНАТ

Карту известной части мира, на которой можно увидеть неправильную сетку меридианов и параллелей, составил еще Эратосфен, однако систему меридианов и параллелей, разделенных равными интервалами, первым предложил греческий астроном Гиппарх Никейский (ок. 180 года до н. э. — ок. 120 года до н. э.) . В своих картах он разделил обитаемый мир одиннадцатью параллелями и предложил определять широту, одновременно наблюдая лунные затмения. Кроме того, Гиппарх первым в Древней Греции, вслед за вавилонянами, стал делить окружность на 360°, каждый градус — на 60 минут, каждую минуту — на 60 секунд.

Карта Эратосфенас неравномерной сеткой меридианов и параллелей.

ОСОБЫЕ ПАРАЛЛЕЛИ

Земля, и в частности ее центр, вращаются вокруг Солнца по эллиптической орбите, форма которой очень близка к окружности. Орбита Земли лежит в плоскости, называемой плоскостью эклиптики, относительно которой земная ось наклонена на 23°30′. В один из дней года (примерно 21 июня), когда земная ось указывает на Солнце, Северное полушарие находится ближе всего к Солнцу, и этот день, который называется днем летнего солнцестояния, становится самым длинным в году. В Южном полушарии этот же день будет самым коротким. В полдень дня летнего солнцестояния Солнце находится точно над параллелью, расположенной на 23°30′ северной широты, которая называется Северным тропиком. В день зимнего солнцестояния (22 декабря) земная ось, напротив, указывает в противоположную от Солнца сторону, и в Северном полушарии этот день — самый короткий в году.