隨著科學技術的發展,人類對地球的認識越來越科學。特別是通過人造地球衛星的精確測量,發現地球是一個兩極稍扁,赤道略鼓的橢圓形球體。
為什么說地球是球形的?你知道地球的形狀嗎?很多人肯定會脫口而出:當然是球形呀。這可以說是婦孺皆知的常識。但是,人類祖先最初并不知道大地是什么形狀的。古印度人曾認為,大地就是一個大圓盾,是由站在烏龜背上的三頭大象所托起來的。
在早期人類社會,我們的先祖就已具有了初步的樸素的天地觀,形成了著名的“天圓地方”說。公元前6世紀,古希臘數學家畢達哥拉斯率先提出了“地圓說”。他在觀察月食時,發現大地在月球上的投影是圓的,所以認為大地是完整的圓球體。他首次提出了“地球”這一概念,并認為宇宙中球形是最完美的。公元前350年左右,亞里士多德對“地圓說”提出了多項有力的論據:從港口出海的船舶不管向著哪個方向航行,其船身總是先從海面消失;月相變化顯示了地球的形狀;向南北方向長途旅行的人會注意到,南方能看到在北方看不到的一些恒星。并且他推斷,大地不僅是球形的,而且其直徑不會太大。公元2世紀時,古希臘科學家托勒玫在他的《天文學大成》中也提出了地球是球形的觀點。
隨著科技的發展,人們已能從太空中觀測到地球的形狀,在茫茫宇宙中,那呈現出美麗的蔚藍色的橢圓球體正是我們賴以生存的地球。
不同地圖上的經緯線形狀為什么不一樣?在表示地球的球面上,經過地球自轉軸的大圓圈稱為經線,與赤道平行的圓圈稱為緯線。經緯線構成了一個球面坐標網,用以表示地物的位置,這就是常說的地理坐標——經度和緯度。在平面地圖上,經緯線是必不可少的一部分。一旦確定了地球經緯網在平面地圖上的形狀和位置,也就很容易確定地球表面某個點在平面地圖上的具體位置了,從而可以繪出完整的平面地圖。盡管經緯線都只是“線”而已,但在不同類型的地圖上,它們卻有的平直,有的彎曲,相對長度也各不相同。
地球球面上的經緯線和代表上面物體的點、線、面等幾何圖形,可以通過地圖投影的方法,在平面或曲面上得到我們需要的平面地圖。在投影轉繪的過程中,經緯線會發生有規律的變化,球面上圓弧形的經緯線映射成了直線、弧線等各種形狀。如果以北極點或南極點為中心進行方位投影,緯線是圓圈,經線是以極點為頂點的放射狀射線。
由于地圖的用途各不相同,需要采用不同特點的地圖投影,投影后的經緯線自然就顯得千姿百態。經驗豐富的地圖愛好者只要依據地圖上經緯線網的形狀,就可以大致看出用了什么類型的地圖投影。譬如經緯線都呈平行直線且互相垂直,角度沒有變形的地圖,是典型的墨卡托投影,多用于航海圖和航空圖。
在平面地圖上球形的地球怎么表示?地球是圓的,但是日常生活中我們看到的地圖卻都是平的。二維的地圖當然方便人們攜帶使用,可如果你把一只橘子剝開,并把它的表皮平鋪在桌面上,你會發現橘皮有些地方會起褶皺,有些地方則會破裂。那么,地球的表面如何才能“完美”地鋪在平面上呢?
將球體表面轉換為平面,無論用什么方法,都會存在“變形”問題,展開為平面時必然會破裂或產生褶皺。要解決球面不可展開的問題,就要涉及一個重要概念——“地圖投影”。所謂地圖投影,通俗來講就是把整個地球表面或地球表面的一部分圖形映射、投影到一個可以展開成平面的曲面上。這個可展開的曲面可以是圓錐或圓柱的側面。例如,沿著圓柱體母線把圓柱體側面割開,可以展開成矩形;沿著圓錐體母線把圓錐體割開,可以展開成扇形。借助這些可展開的曲面,地球球面上的圖形就順利投影到平面上了。再在球面和平面上都建立坐標系統,利用數學方程式,把球面坐標轉換成平面坐標,可以將原來球面上的圖形準確地轉化為平面上的圖形,我們日常看到的地圖就這樣制作出來了。
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