География Птолемея: основа картографии

Клавдий Птолемей, писавший в Александрии во 2 веке нашей эры, составил Географию, восьмитомный трактат, который формировал западное картографирование на протяжении тысячелетия. Его основным новшеством было систематическое применение координатной сетки, основанной на широте и долготе, полученной из более ранней работы Маринуса Тира. Вместо того, чтобы полагаться исключительно на описательные маршруты, Птолемей попытался назначить числовые позиции примерно 8000 мест по всему известному миру — от Британских островов до Юго-Восточной Азии. В то время как его расчеты часто были неточными из-за недооценки окружности Земли (он использовал 180 000 стадий против более точных 252 000 Эратосфена), сам метод был революционным.

Сетка Птолемея позволила картографам строить участки со степенью согласованности, невозможной с более ранними картами полос или периплой. Его методы проекции, включая простые конические и псевдоконические (теперь называемые проекцией Птолемея), обеспечили математическую основу для переноса сферической Земли на плоский пергамент. География также содержала подробные инструкции для рисования карт, включая использование двух различных проекций — одной для региональных карт и одной для карты мира. Однако после падения Римской империи работа Птолемея в значительной степени исчезла из Западной Европы. Она сохранилась в византийских и исламских библиотеках, где ученые, такие как Аль-Идриси, усовершенствовали модель Птолемея. Когда текст был заново открыт и переведен на латынь около 1406 года, это вызвало взрыв картографической деятельности. Исследователи, такие как Христофор Колумб, изучали карты Птолемея, даже полагаясь на его недооцененный размер Земли, чтобы утверждать, что Азия лежит всего в нескольких тысячах миль к западу от Европы.

Ограничения Птолемея столь же поучительны, как и его нововведения. У него не было надежного метода определения долготы, а его карты опускали обширные регионы, такие как Америка и Тихий океан. Его береговая линия Африки склонялась на восток, охватывая Индийский океан как озеро. Тем не менее его настойчивость в математической строгости установила стандарт: точное исследование требовало измеримых координат.] География оставалась основным ориентиром для мореплавателей и картографов до Эпохи паруса, когда прямые наблюдения из путешествий окончательно вытеснили древний авторитет.

Предшественники: древняя и средневековая техника

До Птолемея исследования опирались на устные традиции, прибрежное пилотирование и простые небесные сигналы. Полинезийские мореплаватели Тихого океана использовали сложную систему звездных компасов, волновых узоров и полета птиц на остров-хоп на тысячи миль. Они не создавали письменные карты, а вместо этого кодировали маршруты в песнопениях и картах палочек - каркасах из пальмовых ребер и раковин, которые представляли собой набухшие направления и островные позиции. Эти методы позволили поселить Гавайи, остров Пасхи и Новую Зеландию задолго до того, как европейские корабли вошли в Тихий океан.

В Средиземноморье греческие и финикийские моряки использовали периплозное — письменное описание береговых линий, расстояний между портами и ориентирами.Питеас Массалийский, около 320 года до нашей эры, совершил замечательное путешествие на Британские острова и, возможно, за их пределы, используя солнечные наблюдения для определения широты. Его утерянный рассказ, процитированный более поздними авторами, описал полуночное солнце и сдвигающийся лед Арктики. Между тем, китайские исследователи во время династий Тан и Сун разработали магнитные компасы, первоначально используемые для геомантии, и к 11 веку использовали их для морского судоходства. Экспедиции Чжэн Хэ начала 15-го века через Индийский океан развернули флот огромных кораблей-сокровищ, плавающих по компасу, звездному положению и подробным направлениям плавания, сохраненным на карте Мао Кун. Эти традиции, независимые от Птолемея, продемонстрировали, что точное исследование на большие расстояния было возможно

Эпоха исследований: приборы и методы

Период с 1420-х по 1600-е годы ознаменовал резкий скачок в разведке, обусловленный европейскими амбициями в торговле с Азией и новыми источниками богатства.Португальцы при принце Генрихе Навигаторе систематически улучшали конструкцию кораблей и навигационные инструменты.

Измерение широты

Самым важным инструментом был инструмент для измерения высоты Солнца или Северной звезды над горизонтом. Ранние моряки использовали квадрант — четверть круга, отмеченного градусами с помощью отвесной кости. Португальцы разработали астролябию , основанную на исламских астрономических инструментах, для наблюдения за полуденной высотой Солнца и расчета широты. Однако металлическая астролябия была нестабильной на движущемся корабле; многие предпочитали более простой кросс-штаб (или персонал Якова), градуированный стержень с раздвижной перекладиной. Наблюдатель выровнял горизонт с нижней частью перекладины и небесным телом с верхней, считывая высоту непосредственно с шкалы. Хотя грубый, кросс-штаб позволил разумно последовательные показания широты. Позже, обратный штаб , позволяя наблюдателю смотреть в сторону от Солнца, избегая бликов.

Долгота: Великий вызов

Широта была относительно легко определить; долгота была препятствием, которое расстраивало исследователей на протяжении веков. Чтобы найти долготу, навигатор должен был знать время на эталонном меридиане (например, Гринвиче) и местное время. Разница в часах, преобразованных непосредственно в степени долготы (15 ° в час). Часовые часы, однако, были ненадежны в море; маятники были сброшены на мертвый счет. Моряки прибегали к мертвому счету : начертание курса и скорости с помощью бревенчатой линии (веревка, завязанная через интервалы, брошенные за борт и приуроченные к песчанику) и компаса. Ошибки накапливались. Моряки также могли использовать лунные расстояния — измерение угла между Луной и яркой звездой или планетой и сравнение этого со столами — но расчеты были сложными и требовали ясного неба.

Судостроение: от Кога до Каравела и Галлеона

Исследование требовало кораблей, которые могли плыть в ветер, нести достаточное количество провизии для длительных путешествий и маневрировать в мелководных прибрежных водах. Каравелла, разработанная португальцами в 15 веке, была небольшим, латенерским судном, которое могло пристать близко к ветру, необходимому для плавания вниз по африканскому побережью и обратно против преобладающих северных ветров. Каравелла обычно несла экипаж 20–30 и могла исследовать реки и заливы. К концу 1400-х годов более крупные суда, такие как Carrack (или nao) объединяли квадратные буровые установки для скорости ветра с латенерскими парусами для маневренности.galleon, который появился в середине 16-го века, улучшил конструкцию корпуса с более низким форштевнем и более гладкой формой, уменьшая сопротивление и увеличивая стабильность под тяжелыми моря

Инновации в строительстве корпуса включали переход от клинкерного (перекрывающихся досок) к резьбовым (расплывчатым доскам) зданиям, что делало корпус прочнее и легче запечатываться с помощью уплотнения. Добавление носовой и шприцовой струй улучшало способность плавать на ближнем ходу. Эти суда воплощали комбинацию эмпирических проб и ошибок и медленного поглощения арабских и китайских знаний в судостроении, таких как использование нескольких мачт и водонепроницаемых отсеков.

Картография в эпоху паруса

По мере возвращения кораблей из дальних уголков земного шара картографы мчались за включение новых береговых линий, островов и течений в современные карты.16—17 вв. увидели трансформацию картографии из теоретического упражнения на основе классических текстов в практическую науку, питаемую прямым наблюдением.

Проекция Меркатора и ее влияние

Герардус Меркатор, фламандский картограф, представил свою знаменитую проекцию в 1569 году. Проекция Меркатора Меркатор принесла в жертву точность области для сохранения углов, что сделало ее идеальной для навигации: прямая линия, нарисованная на карте (линия ромба), соответствовала постоянному компасу, имеющему отношение к глобусу. Исследователи и моряки могли строить курсы непосредственно без постоянных регулировок заголовка. Однако проекция сильно искажала размеры вблизи полюсов — Гренландия кажется больше Африки. Несмотря на этот недостаток, проекция Меркатора стала стандартом для морских карт на протяжении веков, и она остается в использовании сегодня для определенных навигационных целей. Меркатор также опубликовал коллекцию карт под названием Атлас (1595), термин, который стал синонимом связанных коллекций карт.

Картографические кабинеты и гидрографические съемки

Европейские государства создали официальные картографические офисы для составления и защиты географических тайн. Испанский Casa de Contratación в Севилье поддерживал Padrón Real, официальную мастер-карту всех испанских открытий, обновляемую каждой возвращающейся экспедицией. Португальцы также держали секретную карту своих морских путей в Индию. К 17 веку Голландская Ост-Индская компания (VOC) произвела удивительно точные карты Индийского океана и Ост-Индии, используя последние астрономические наблюдения. Французские картографы, такие как Николя Сансон и Гийом Делиль, разработали более научный подход, требуя, чтобы карты были основаны на проверенных координатах. Британское Адмиралтейство начало систематические гидрографические исследования в 18 веке, выпустив диаграммы, которые стали золотым стандартом для Королевского флота.

Инструменты картографа

Картофельщики постепенно приняли лучшие инструменты для измерения углов и расстояний на суше: теодолиты, плоские таблицы и цепи Гюнтера. Но в море непрекращающиеся проблемы были точной долготой и постижимой глубиной. Звуковой свинец — отмеченная линия с полым наконечником, чтобы поднять образец морского дна — был стандартом. Улучшения в печатных методах, таких как гравировка медной пластины, позволили более тонкие детали и несколько изданий. Многие диаграммы были украшены линиями ромба, розами компаса и заметками о преобладающих ветрах, течениях и опасностях. Искусство картографа было так же о синтезе данных и визуальной ясности, как и о точности.

Премия долготы и хронометр Харрисона

К началу 18-го века проблема долготы стала национальной одержимостью в Великобритании. В 1714 году парламент принял Закон о долготе, предложив приз в размере 20 000 фунтов стерлингов (миллионы в сегодняшней валюте) за практический метод определения долготы в море в пределах половины градуса. Совет долготы курировал награду. Многие астрономы преследовали метод лунного расстояния, который требовал точных таблиц. Но Джон Харрисон, самообразованный часовщик, посвятил десятилетия созданию морского хронометра, который мог бы поддерживать точное время, несмотря на изменения температуры, влажность и движение корабля. Его H4, завершенный в 1759 году, был большими часами, которые потеряли всего пять секунд во время путешествия на Ямайку - ну в рамках критериев премии. Совет долготы в конечном итоге присудил Харрисону частичную оплату после многих лет споров, но его хронометр произвел революцию в навигации. К 1770-м годам капитан Джеймс Кук носил копию (K1) в своих втором и третьем путешествиях, используя ее для картирования Тихого океана с беспрецедентной точностью. Королевские музеи Гринвича предоставляют подробные отчеты о работе Харрис

Научные исследования в эпоху Просвещения

В 18-м и начале 19-го веков разведка перешла от коммерческих и колониальных мотивов к научным открытиям.Путешествия были явно организованы для сбора образцов естественной истории, составления карт неизвестных береговых линий и проверки научных теорий.

Три путешествия Джеймса Кука

Капитан Джеймс Кук олицетворял научного исследователя. Его первое путешествие (1768-1771) на борту HMSEndeavour было отчасти наблюдением за транзитом Венеры с Таити, но также и поиском южного континента. Кук нёс астрономов, ботаников (Джозеф Бэнкс) и художников. Он использовал хронометр Харрисона для фиксации долгот и создал карты Новой Зеландии и восточного побережья Австралии, настолько точные, что они оставались в использовании в 20-м веке. Его искоренение цинги с помощью диеты из квашеной капусты и цитрусовых (хотя в то время не было полностью понято) установил новый стандарт для здоровья кораблей. Второе путешествие Кука обогнуло Антарктиду, доказав, что обитаемый южный континент не существовал в умеренных широтах. В своем третьем путешествии он исследовал северо-западное побережье Америки и обнаружил Гавайские острова. Музей естественной истории описывает научные вклады Кука.

Королевское географическое общество и институциональная поддержка

Основанное в 1830 году Королевское географическое общество (FLT:0) стало центральным учреждением по координации и финансированию исследований. RGS издавала журналы, собирала инструменты и обучала исследователей геодезии, картографированию и научным наблюдениям. Такие фигуры, как Дэвид Ливингстон, Джон Ханнинг Спик и Роберт Фалькон Скотт, опирались на поддержку RGS. В картографическом зале Общества были представлены как кресла географов, так и полевых исследователей. RGS олицетворял переход от индивидуальных приключений к систематическим институциональным исследованиям. Подобные общества возникли во Франции (Société de Géographie, 1821), Германии (Gesellschaft für Erdkunde, 1828) и США (American Geographical Society, 1851). Эти организации гарантировали, что разведка была не одноразовым делом, а постоянным, совместным предприятием.

Наследие и рассвет современной техники

Методы, усовершенствованные от Птолемея до Эпохи Паруса, заложили основу для исследования 19-го и 20-го веков. Разработка , секстант (замена квадранта и октанта) и хронометра , дала навигаторам надежное позиционирование. , телеграф и , позволила синхронизировать сигналы времени., радионавигация (LORAN, Omega) и , спутниковые системы (GPS) непосредственно произошли от поиска точной долготы. Методы картографирования, от координат Птолемея до проекции Меркатора на современные ГИС, все построены на принципе, что точное местоположение имеет основополагающее значение для понимания нашего мира.

Сегодня любой, у кого есть смартфон, может мгновенно определить широту и долготу в пределах нескольких метров. Тем не менее, путешествие от сети Птолемея к Глобальной системе позиционирования не было ни линейным, ни неизбежным. Это требовало мужества от исследователей, изобретательности от производителей инструментов и покровительства государств и учреждений. Эпоха паруса была тиглом, в котором были выкованы современная навигация, картография и научные исследования. Карты той эпохи - некоторые красиво украшены, другие совершенно функциональны - остаются свидетельством человеческого любопытства и неустанного стремления наметить неизвестное. По мере того, как мы продолжаем исследовать самые глубокие океаны, полярные ледяные шапки и другие планеты, основные методы остаются: измерение, сюжет, обмен и уточнение.