Том 26. Мечта об идеальной карте. Картография и математика - [10]

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 Эратосфена с 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.

Схема движения Земли, на которой отмечены дни равноденствия и солнцестояния.

Южный тропик — параллель, расположенная на 23°30′ южной широты. Солнце находится точно над этой параллелью ровно в полдень в день зимнего солнцестояния. В дни весеннего и осеннего равноденствия земная ось указывает соответственно либо вправо, либо влево от Солнца, и в полдень солнечные лучи падают на экватор. Так как в день летнего солнцестояния солнечные лучи падают перпендикулярно Северному тропику (23°30′ северной широты), то в тех частях нашей планеты, которые отстоят от Северного тропика больше чем на 90°, то есть находятся южнее 66°30′ южной широты, в этот день все 24 часа будет темно. К северу от 66°30′ северной широты в этот день все 24 часа светит Солнце. В день зимнего солнцестояния все происходит с точностью до наоборот.

В день зимнего солнцестояния к северу от параллели 66°30′ северной широты (Северного полярного круга) ночь длится 24 часа.

* * *

Математическое определение широты корректно и понятно, но как определить широту в открытом море или на суше, вдали от цивилизации? Сейчас для этого используется технология GPS, однако раньше людям приходилось прибегать к более естественным решениям. Чтобы определить широту, нужно учесть, что угол φ равен разности между углом, под которым Солнце находится в полдень, в точке, широту которой мы хотим определить, и углом, под которым расположено Солнце относительно экватора в полдень того же дня. Эти углы можно определить, например, с помощью гномона.

Широта φ точки Р на поверхности Земли равна разности между углом α_р, под которым солнечные лучи освещают точку Р в полдень, и углом α_Е между солнечными лучами и экватором в полдень того же дня.

Если мы из города, широта которого известна, отправимся в другой город, то мы сможем определить широту последнего, сравнив углы, под которыми солнечные лучи освещают Землю в полдень одного и того же дня. Ночью для определения широты можно использовать Полярную звезду (она указывает направление на Северный полюс с погрешностью ровно в 1° и почти не меняет своего положения на небе) или любую другую яркую звезду. В течение многих веков широту определяли с помощью таблиц-альманахов, в которых указывалось положение Солнца и других небесных тел в различные дни и часы, а также с помощью инструментов, позволявших измерять угловую высоту небесных тел: астролябии, квадранта или поперечного жезла (позднее на смену ему пришел секстант). Все эти способы можно использовать и сейчас.