Графические модели Земли

Одно из величайших достижений, которое было сделано на заре человечества, задолго до появления письменности, — это создание карты. Поначалу это были примитивные зарисовки, которые мы сегодня назвали бы кроками, или абрисами, да и охватывали они лишь охотничьи угодья первобытного человека или окрестности его жилища. Но шло время, границы ему известного мира расширялись, усложнялись, и совершенствовались карты. Они оказались универсальными инструментами познания, без которых невозможно стало изучать не только Землю, но и Вселенную.

Карта способна вобрать в себя все сведения об объекте — будь то небольшой поселок или отдаленная планета. С одного листа топографического планшета можно извлечь столько информации, что она едва поместится в объемную книгу. Но в отличие от книги эту информацию можно охватить единым взором. Но карты — это не только результат исследований, они еще и источники новых знаний. В эпоху географических открытий с их помощью в тиши кабинетов было предсказано существование многих островов, проливов и горных хребтов. В наше время открытие месторождения, прогноз урожая как результат анализа специальной карты стали обычным явлением в работе исследователей.

Существует целая область человеческой деятельности, которая называется картография. Поначалу она была уделом избранных. В древности картографы походили скорее на художников или ученых, да и карты были произведениями искусства, которые изобиловали красочными изображениями далеких стран и их обитателей. Технический прогресс подарил картографам печатный станок, который позволил наладить массовое производство, но еще долго оно было связано с тяжелой и филигранной работой граверов. Фоторепродукция значительно облегчила изготовление карт, но ускорили этот процесс компьютерные технологии.

Не оставался неизменным и материал, на который наносилась карта. Первобытный человек использовал бивень мамонта, камень или дерево. В античности карты рисовали на папирусе и ткани, позднее — пергаменте. Наконец появилась бумага — доныне самый распространенный носитель карт. Однако сегодня все чаще мы имеем дело с виртуальными картами, т.е. их изображениями на экране монитора; очевидно, будущее за ними.

Древние греки сделали эпохальное открытие — Земля имеет форму шара (позднее выяснилось, что планета несколько приплюснута по оси своего вращения, есть и другие «изъяны» в ее форме, которую назвали геоидом). В картографии появилась проблема: как отобразить сферическую поверхность на плоскости с минимальными потерями в качестве и достоверности изображения — в любом случае искажений избежать нельзя. Конечно, можно воспользоваться уменьшенной моделью планеты — глобусом. Однако он неудобен для использования (например, в путешествии), да и информации на него он будет содержать не так уж и много. На помощь пришли точные науки. Появились картографические проекции — «математически точные изображения» земного пространства. Для того чтобы можно было однозначно сопоставить точки на планете и на ее деформированном плоском изображении, на географические карты наносится в первую очередь координатная сетка — паутина не существующих в реальности линий меридианов и параллелей.

Как же излагается информация на карте? Первые картографы, отображая свое видение мира, опирались на зрительные образы и пытались с помощью небольших, не похожих друг на друга рисунков передать особенности каждой реки, вершины, храма — любого объекта на местности. Однако такую карту было чрезвычайно сложно не только изготовить, но и понять. Постепенно обозначения приобретали абстрактные геометрические формы, хотя и сохраняющие, по возможности, подобие объектов. Чтобы карта получила объемность, а каждая ее точка несла количественную информацию, изобрели так называемый способ изолиний, и это еще одно выдающееся достижение картографии, которое было взято на вооружение другими науками. Появился непременный атрибут карты — легенда, или свод условных обозначений. Усвоив его, грамотный «читатель» понимает «язык» карты и видит за многообразием знаков, линий, цветных пятен и штриховок строгую логику изложения фактов.

Разнообразие карт поистине безгранично. Одни из них охватывают весь земной шар, другие ограничены рамками государства, области, города или его района. Есть свои карты у историков, военных, медиков, мореходов. И все-таки карта не может объять необъятное.

Следующим шагом в развитии картографической мысли стало создание атласов — настоящих энциклопедий карт. Считается, что первое произведение такого рода, автором которого был Птолемей, появилось еще в Римской империи. В конце XVI в. в Нидерландах, где работали выдающиеся картографы Ортелий и Меркатор, было введено само понятие «атлас», который со временем приобретает популярность не только в географии, но и в других науках. Современный атлас — результат труда большого коллектива специалистов. Как и карта, атлас может иметь разное назначение и пространственный охват.

Прогресс тем временем не стоял на месте. Человек все выше поднимался в воздух, возможности обзора становились все шире. В 1957 г. произошел запуск первого космического аппарата, который положил начало новой, космической, эре в исследовании Земли. Фотографии совершенствовались и позволили получать цветные изображения. Более того, стало возможным делать съемку в узком диапазоне спектра и даже в его невидимой части. К фотографии подключились телевизионная съемка, цифровое сканирование и радиолокация. Все вместе они составляют основу современной аэро- и космической съемки. Детальность и качество получаемых ныне изображений достигли такого уровня, что позволяют из ближнего космоса читать газету в руках стоящего на земле человека. Главное, чтобы она была открыта взгляду сверху. Компьютеризация вызвала подлинную революцию в картографии. Электронная карта стала доступной всем и везде. Ее можно легко изменить по собственному желанию и даже «оживить» — наблюдать за развитием процессов или движением объектов по планете. С помощью спутниковой навигации можно установить свое местонахождение и передать его на компьютерную карту. Она автоматически позволит выбрать оптимальный маршрут и будет руководить автопилотом по пути следования. В XIX в. человек осуществил свою заветную мечту: он создал летательные аппараты и поднялся на них над Землей. Он не только увидел родную планету со стороны, но и смог запечатлеть ее облик с помощью фотоаппарата. Снимки, сделанные с высоты птичьего полета, были похожи на знакомые картографические изображения местности и в то же время разительно отличались от них массой новых деталей. В кратчайшие сроки громадные территории были покрыты аэрофотосъемкой. Она буквально обрушила на географов и картографов лавину ценнейшей информации, которая поступала оперативно и охватывала одновременно обширные площади. Вооружившись специальным прибором и разглядывая два соседних снимка (так называемую стереопару), можно получить объемное изображение местности. Однако к фотографии не прилагается легенда, и снимки Земли еще предстояло научиться понимать. Развивались так называемые аэрометоды, которые позволяли толковать (дешифрировать) фотоизображения и получать на их основе точные топографические и иные карты. Для обработки полученных аэрокосмических материалов сегодня широко привлекаются компьютерные технологии.

Все множество карт, снимков и компьютерных изображений Земли теперь объединяются понятием «геоизображения». В науке возникло новое направление, их изучающее, — геоиконика. Ведущую роль в ее развитии играют ГИС — географические информационные системы. Объединенная с базами данных, электронная карта стала незаменимым инструментом в работе ученых, проектировщиков, работников управленческих аппаратов. ГИС состоит из множества слоев, каждый из которых несет свою нагрузку. Многие из ГИС, по сути, являются электронными атласами, которые, в отличие от своих бумажных «собратьев», могут свободно разместиться на одном компакт-диске. Все чаще электронные карты, атласы и ГИС не только выступают в качестве консультантов (например, при подсчете голосов на выборах), гидов и учителей. ГИС не только обеспечивают отображение данных в виде карты или графиков, но и собирают информацию со всех уголков планеты, обрабатывают и распространяют ее. Электронные средства связи, и в первую очередь всемирная компьютерная сеть Интернет, позволяют оперативно обмениваться картографической информацией. Это значит, что любая ГИС, а вместе с ней и любая карта потенциально может быть доступна каждому везде и всегда.