人类最早进入行星轨道的人造卫星——斯普特尼克1号(Sputnik 1),是苏联在1957年10月4日发射的。这代表人类又多了一个观察世界的视角,从近地表正式进入太空。

作为人类第一颗卫星斯普特尼克1号的载荷只是简陋的无线电发射器,真正能“看到”地球的遥感卫星是NASA在1972年7月23日发射的陆地卫星1号(Landsat 1),其载荷包括返束光导摄像管摄像机、多光谱扫描仪、数据收集系统三个部分,每天可以向地面传回188帧图像。

从此以后,人类开始站在太空观察地球遥感工作者将太空拍摄的图片,经过地理校正后,就能变成世界地图。我们也真正能准确的观察各大陆、各大洋的形状,一般人认为眼见为实,所以这样得到的地图自然是非常可靠的。

可是,在没有卫星之前的时代,人们的地图是什么样的?和现在卫星上展示的一致吗?他们又是如何测量的呢?

一、没发射卫星前,人类的地图长啥样?

一、没发射卫星前,人类的地图长啥样?

下图是1950年的世界地图,距离人类发射第一颗人造卫星斯普特尼克1号还有7年。根据之前提供的卫星图,我们不难发现,虽然没有太空的视角,但是地图已经相当准确,各大洲的形状跟卫星图几乎相差无几。

下图是1850年的世界地图,可以看到在南极和北极的区域,稍微有些粗糙,而这跟人类的足迹是密切关联的。要知道人类第一次到达南极点,是在61年后的12月14日由挪威人罗尔德·阿蒙森(Roald Amundsen)完成这一壮举的,所以在地图上的反映就是南极是空白区域。

下图是1750年的世界地图,应该是航海家用的,图中可以看到在远离欧洲的北美洲部分是空缺的,而靠近大西洋沿岸的地图都是棱角分明的,这是因为当时欧洲的殖民者刚刚在大西洋沿岸建立殖民地,北美洲西部都是美洲原住民,所以这里的地图是空缺的。

从上面的地图中可以发现,人类对世界的认知,基本和自身的足迹一致,也就是走到哪,画到哪。但没有“上帝视角”的辅助,人们是怎样看清楚我们脚下的大地是什么样呢?

二、没卫星之前,人们是怎样绘制世界地图的?

二、没卫星之前,人们是怎样绘制世界地图的?

这不得不提到一项古老的技术——三角测量,并且我们今天还在用它。在17世纪初,荷兰人斯涅尔(W·Snell)首次创立了三角测量法,在此之前,都是实地丈量,因此很多难以到达的地方都无法绘制出地图。

三角测量的优点在于可以测量大面积区域,这是之前的测量方法所做不到的。

现在简单介绍下三角测量的原理。

测量就是用已知点的位置来测算未知点的位置,下图中河对岸的树C的位置是未知的,而架设测量仪器的AB点的位置是已知的,如果按照过去实地丈量的方法,因为无法过河,所以根本做不到。

三角测量是怎么测的呢?目前已知AB长度,测站A只需要先瞄准测站B,然后转动一定角度瞄准树C,就能获得角A的角度,同样的方法可以获得角B的角度。

在ABC三点组成的三角形中,已知两角一边,就能根据正弦定理,计算其余未知的角和边,这样就获得了整个三角形边和角的数据。如果AB两点的坐标知道,那么就能很容易地计算出C点的坐标。然后将其描绘到地图上。

上述方法最大的特点是,已知AB距离,以及未知点相对于已知点的角度,也被称为方位,再加上高度这个数据,就得到了测量三要素:距离、方位、高度。

有了测量三要素,我们可以把任何未知点都精确地描绘在地图上。

测量人员跋山涉水,就这样逐步建立了陆地上的三角网,三角网上的点叫做三角点,位置(坐标)都是已知的,我们也可以利用已知的三角点来再次测量未知点,进而把三角网变得越来越密。这样地图上事物的边界也越来越清晰,类似提高了分辨率一样。

为了正确获得世界地图,得到陆地上的数据后,就需要把它跟经纬度联系在一起,通过天文观测,我们可以得知三角点所处的经纬度,通过变换,就能得知大陆上各点所处的经纬度了,通过联系全球的测量数据,绘图师就能把世界地图绘制出来了。

这就是没发射卫星之前,人类绘制世界地图的方法。

实际过程要比我讲得更加复杂,比如三角点都是平面的数据,而地球却不是平的,这之间还需要进行转换;而且在测量过程中,没有百分之百准确的仪器,一旦有微小的错误,路线长了就会被放大,让地图变得不准,这就是测量中的误差问题。不过,专业的测量人员早就考虑到了,他们也有办法去处理,这就是测量学的由来。

三、现在人类怎样绘制世界地图?

三、现在人类怎样绘制世界地图?

其实三角测量就能很准确地勾勒出各大陆的轮廓了,现在人类有了遥感卫星之后,通过卫星拍摄地球,再将拍摄的相片转换为具有地理信息的地图,让整个过程变得更加准确,并且卫星图比之前的图片更加形象,人类可以看清地表的山脉、河流。

除了遥感卫星,我们熟悉的还有北斗、GPS等专门用来定位的卫星,通过这些卫星,地面测量人员可以通过卫星测出某点数据,如果对准确度要求不高,完全不用其他已知点就能获得未知点的位置信息,简直太方便了!

总体而言,虽然卫星比之前的三角测量方便了很多,但是如今三角测量仍是精度较高的一种测量方法,比如在我国高铁建设中,就大量应用了三角测量技术,不过相比于繁琐的人工操作,如今都是由测量机器人来完成了。

由此看来,古人的智慧仍为今人所用,只不过是加上了计算机、卫星的外衣,其最本质的东西,仍未改变。在没有卫星的时代,古人即使没有离开地球,仍然能看清地球全貌,这不由得让人敬佩科学技术的力量。

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