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地球仪和地图的诞生2
早期的地球仪
1492年，也就是克里斯多夫·哥伦布横越大西洋的那一年，马丁·贝海姆在纽伦堡完成了一架直径20英寸的地球仪。因为这架地球仪是根据托勒密《地理学指南》中的地图制成的，所以贝海姆所描绘的亚洲比实际上的向东延长了许多，于是大西洋也比实际上的窄了许多。
早期地球仪的制作过程是这样的：先印刷出狭长的三角形图块，然后将这些图块剪下来，粘贴在木球上。
德国最有名的地球仪制作者，是纽伦堡学者琼汉恩斯·肖纳。他在16世纪早期制作的两个地球仪保存至今。
以下所展示的三角形图块，是1540年从乔治·哈特曼制作的地球仪上复制下来的样品。
阿特拉斯
亚伯拉罕·奥特利斯于1527年出生在安特卫普，他一生的大部分时间都在这里度过。奥特利斯原是一名地图绘制员，但不久他便开始从事地图买卖生意。
他的顾客中，有一位名叫阿基迪斯·霍夫德曼的商人，他从奥特利斯那里买来的地图帮助他找到运送货物最便捷的路线。然而，霍夫德曼的办公室里却到处散落着各式各样、大小不等的地图，对此他大为烦恼，并向奥特利斯诉说了他的苦衷。
奥特利斯帮助他解决了问题，将他散乱的地图收集起来装订成册。他为霍夫德曼装订的这本地图集大约有30多幅地图。
奥特利斯同其他绘图、刻图方面的专家交换意见后，认为这样的地图册可能会有很大的市场潜力。通过10年的辛勤努力，奥特利斯编辑的地图册《世界大观》于1570年出版发行，其中包括35页的文字解释和53张铜版印刷的地图。书中还记录了写书过程中参考的其他绘图者的著作名称以及作者的姓名。《世界大观》获得了巨大的成功，到1598年奥特刊斯去逝时，这部著作己被印刷了28个版本。
虽然以前也印刷过许多地图册，但是它们从来也没有被称为“阿特拉斯”的。阿特拉斯是神话故事中的人物，他背负着地球艰难行进。有一位叫安东尼奥·拉弗莱维的人，他在罗马出版了一本地图册。在这本地图册的扉页上，首次出现了阿特拉斯这个人物形象。从此以后“阿特拉斯”一词就成了地图册的代名词。
威伦·布勒
16世纪晚期，荷兰取得了海上霸主的地位，阿姆斯特丹成了世界贸易和探险的中心。荷兰共和国政府的开明统治使得艺术、科学在那里鼎盛一时。
就是在这样的社会背景下，年轻的制图者威伦·简苏克·布勒于1596年建立了自己的工作室。布勒不仅绘制地图，也制作仪器。他在著名的天文学家泰科·布拉赫的门下苦学过两年，毕生对天文学都保持着浓厚的兴趣。
阿姆斯特丹的地图贸易竞争相当激烈。地图绘制者们孜孜不倦地借鉴着前人绘制地图的先进经验，竞相争取得到最新的消息来源。他们详细地向刚刚归来的船长和水手们咨询，认真地研究他们的航海记录。布勒和其他地图绘制者一样，也常常销毁他们的地图草稿，以防他人剽窃。
布勒是位精明能干的生意人，他非常了解市场。地图以及地图册在富有的商人阶层中，逐渐成为地位与财富的象征。布勒为这些人制作了精美的、点缀有金叶片的彩色地图。但是，绝大多数这样的地图却没有标注经线。
布勒的其他顾客是一些海员和荷兰政府的人员。他们需要精确、实用的地图和航海图。
布勒后来被授予“共和国制图家”称号。1633年，他被任命为荷兰东印度公司地理水文部部长。这使他有机会接触到由航海到印度的海员们所收集的所有有关地理水文方面的资料。
威伦·布勒的第一本地图册于1631年出版，共两卷。随着他的制图事业的不断发展，布勒找来了最优秀的纂刻家和印刷家为他刻印地图，同时他的工作设备也不断地得到改进，布勒的生意蒸蒸日上。1637年布勒去世后，他的儿子约翰和科尼利斯继承了他的传统。
1662年，布勒地图册由原来的两卷增至12卷，其中收集有600多幅地图。布勒的《大地图册》被专家公认为是有史以来最精美的地图集锦。
法国皇家科学院与经度的测量
法国国王路易十四(1638-1715)在位时，科学家们开始了对经度的研究。
经度的测量与纬度的测量相差很大。为了测量经度，需要准确地知道相对于本初子午线上的正午时间，某一既定地点的当地正午时间。有了这一点，再通过观测太阳，海员们就能够准确地计算出他们在距本初子午线以西或以东多少度的位置上。
路易十四初登基时，是位雄心勃勃而又信心十足的年轻人。他向往权力和财富，凡事追求最好的。他不仅想拥有最强大的军队，最精美的艺术和最雄伟的建筑，还想拥有最先进的科学。
1666年，路易十四的财政大臣让·科尔伯特创立了皇家科学院。作为政府中资深的高级官员，科尔伯特很早就注意到政府里居然没有精确的地图，他认为这是十分可悲的。他希望能有经过准确勘测后绘制出的地形图，他知道皇家科学院能够做到这一点。
1669年，波伦亚(意大利北部城市)天文学家乔万尼·多门尼哥·卡西尼被任命为科学院第一任皇家院长。他对木星周围的7颗卫星有着特殊的兴趣，并且发表了一系列有关它们活动规律的图表。伽利略最早发现了这些卫星，他认为，由于它们在全球范围内可以同时被观测到，所以它们的运动规律可以被用来确定经度。
卡西尼想验证伽利略的这一假设。首先，他通过绘制木星的行星图以及用挂钟计时确定了某一遥远地方的正午时间，本初子午线上的精确时间。
卡西尼遇到的第二个问题是如何精确测量出地球圆周。只有这样，制图者才能知道地球圆周360。中的每度有多长。
皇家科学院的天文学家兼数学家让·皮卡德接受了确定本初子午线弧度的任务，以便测量出地球圆周的周长。皮卡德首先需要确定一条子午线，于是他将贯穿巴黎南北的一条线定为子午线。
经度不仅对航海者十分有用，而且对所有的绘图者都是十分重要的。一队队装备着精密仪器和木星卫星运动规律表的勘测人员开始在法国各地有条不紊地展开了测量工作。通过仔细地天文观测和三角测量，一张精确的法国地图开始逐步成形。一些省份的面积比原来设想的要大些，另外一些省份则要小些。
当卡西尼邀请国王路易十四观看新地图时，国王说：“你的这件作品可耗费了我一大半国力呵。”话虽这么说，路易对新地图还是十分满意。此后，他对于皇家科学院的支持也从未间断过。
卡西尼于1712年去世。之后，他的儿子杰克和孙子塞萨尔弗朗索瓦卡西尼继承了他的事业。勘测队被遣往欧洲各地，最终遍及全球。
1783年，塞萨尔·弗朗索瓦·卡西尼上书英国政府，建议英法两国携手合作，对英吉利海峡进行三角测量。这是国际间在地图绘制方面合作的开始。
法国皇家科学院与经度的测量
法国国王路易十四(1638-1715)在位时，科学家们开始了对经度的研究。
经度的测量与纬度的测量相差很大。为了测量经度，需要准确地知道相对于本初子午线上的正午时间，某一既定地点的当地正午时间。有了这一点，再通过观测太阳，海员们就能够准确地计算出他们在距本初子午线以西或以东多少度的位置上。
路易十四初登基时，是位雄心勃勃而又信心十足的年轻人。他向往权力和财富，凡事追求最好的。他不仅想拥有最强大的军队，最精美的艺术和最雄伟的建筑，还想拥有最先进的科学。
1666年，路易十四的财政大臣让·科尔伯特创立了皇家科学院。作为政府中资深的高级官员，科尔伯特很早就注意到政府里居然没有精确的地图，他认为这是十分可悲的。他希望能有经过准确勘测后绘制出的地形图，他知道皇家科学院能够做到这一点。
1669年，波伦亚(意大利北部城市)天文学家乔万尼·多门尼哥·卡西尼被任命为科学院第一任皇家院长。他对木星周围的7颗卫星有着特殊的兴趣，并且发表了一系列有关它们活动规律的图表。伽利略最早发现了这些卫星，他认为，由于它们在全球范围内可以同时被观测到，所以它们的运动规律可以被用来确定经度。
卡西尼想验证伽利略的这一假设。首先，他通过绘制木星的行星图以及用挂钟计时确定了某一遥远地方的正午时间，本初子午线上的精确时间。
卡西尼遇到的第二个问题是如何精确测量出地球圆周。只有这样，制图者才能知道地球圆周360。中的每度有多长。
皇家科学院的天文学家兼数学家让·皮卡德接受了确定本初子午线弧度的任务，以便测量出地球圆周的周长。皮卡德首先需要确定一条子午线，于是他将贯穿巴黎南北的一条线定为子午线。
经度不仅对航海者十分有用，而且对所有的绘图者都是十分重要的。一队队装备着精密仪器和木星卫星运动规律表的勘测人员开始在法国各地有条不紊地展开了测量工作。通过仔细地天文观测和三角测量，一张精确的法国地图开始逐步成形。一些省份的面积比原来设想的要大些，另外一些省份则要小些。
当卡西尼邀请国王路易十四观看新地图时，国王说：“你的这件作品可耗费了我一大半国力呵。”话虽这么说，路易对新地图还是十分满意。此后，他对于皇家科学院的支持也从未间断过。
卡西尼于1712年去世。之后，他的儿子杰克和孙子塞萨尔弗朗索瓦卡西尼继承了他的事业。勘测队被遣往欧洲各地，最终遍及全球。
1783年，塞萨尔·弗朗索瓦·卡西尼上书英国政府，建议英法两国携手合作，对英吉利海峡进行三角测量。这是国际间在地图绘制方面合作的开始。
哈里森的经线仪
18世纪早期，如何在海面上测量经度依旧是个悬而未决的难题。这是因为，尽管摆针能够在陆地上准确测量，但是它在起伏不定的海面上却无法做到这一点。许多船只因此而迷失方向。
英国海军部决定必须尽快对此采取对策。1713年，议会悬让·皮卡德1669年的套管式象限仪赏二万英镑奖励能够解决这个问题的能工巧匠。
英格兰术匠兼发明家约翰·哈里森接受了这个挑战。经过7年的辛勤工作，他终于制成了经线仪。1735年，经线仪出海试用数次后，被证实十分精确。约翰·哈里森因此获得了巨奖。
哈里森研制的经线仪和18世纪30年代约翰·哈德雷研制的六分仪使人们有可能获得更加精确的地图和海图。人们的航海能力从此也得到了极大的提高。
国家地图的绘制：英格兰
许多科学研究和工程建设都是为了满足某些军事战略上的需要。英格兰地图的绘制，就是在镇压1745年苏格兰反叛的军事背景下开始的。
为了平息苏格兰高地乱党的反叛，重新控制那个区域，精确的地图是必不可少的。工程部队的威廉·罗伊承担了此项任务。后来，作为皇家陆军工兵指挥的罗伊将军总管英格兰地图的绘制。
到了1783年，卡西尼关于绘制英吉利海峡地图的建议才传到英格兰。皇家学会的约瑟夫·班克斯爵士委派罗伊将军率领工程部队勘察从伦敦到多佛尔间的地形。
特制的玻璃标杆被用来测量基线，这是勘查工作的第一步。使用玻璃制作标杆是因为玻璃与木材和金属不同，它随温度变化伸缩的幅度不会很大。
1784年，在伦敦附近的汉斯洛·希斯测量了一条长27404．0137英尺(大约5英里)的基线。这在当时可能是测量的最精确的一条线。
虽然绘制英格兰地图和法国地图的工程已进行了许多年，但是英吉利海峡地图的绘制却完全是另外一回事。
测量工作需要在晚上进行。两国的海岸线上灯塔林立，它们之间巨大的三角形将被测量出来。
测量工作还需要非常精确的仪器。皇家学会委任杰斯·兰斯登设计制作这样的仪器。兰斯登的经纬仪由一个标有调节刻度可移动的铜圈、望远镜以及为夜间照明使用的灯笼三部分构成，他花费了三年的时间才制成这件仪器。
1787年夏天，英吉利海峡地图的绘制终于在经纬仪的帮助下顺利完成。
在英吉利海峡上使用的三角测绘法暴露了英法两国地图中的许多错误，于是罗伊将军敦促英国政府对整个不列颠群岛进行勘测。不过，直到罗伊将军去世以后，他的计划才得以实施。
跨英吉利海峡的勘测，是在英国皇家学会和工程部队的共同努力下进行的。但是对不列颠群岛的勘测却完全成了一项军事工程，由军械署全权负责。
从沃尔威治皇家军事学院毕业的炮兵军官被认为是完成这项任务的最佳人选，他们在绘图和数学等方面接受了一些特殊的培训。这便是今天英国人和游客们使用的导游图被称为全国地形测量图的由来。
国家地图的绘制：北美洲
18世纪末，欧洲大部分地区已被绘制成图，而这时美洲大陆地图的绘制才刚刚开始。
美国独立战争结束时所签署的各项条约和协定对于美国国界的定义都非常含糊，那时美国政府还没对边界做过任何勘测，也没有在任何适当的地方竖立界碑。1803年，美利坚合众国从法国手中购得了路易斯安那的大片土地，美国的国土面积立刻翻了一倍。但是这片土地到底是什么样的呢?美国购买的这片土地包括落基山脉，而当时人们对此山脉一无所知。当时加拿大西部的一位英国探险家塞缪尔赫恩首先提出对北美大陆进行划分的想法。当时人们只能依靠想象来推测这座现在被称之为落基山脉的高度和广度。
在一张由英国制图家阿伦·埃洛史密斯于1795年绘制的地图上，落基山脉的海拔高度被标拄为3500英尺，而这一高度只有实际高度的1/4。
不久，西部的探险家和制图家开始进入这片未知的土地。
1804年5月，麦瑞威瑟·刘易斯和威廉·克拉克带领着一支45人的队伍，从圣路易斯出发，开始了对路易斯安那的探险。他们驾驶着一艘龙骨式艇沿密苏里河航行，来到了现在为南达科他州和北达科他州的地方。1804年至1805年的冬天，他们是在曼丹人的村落里度过的。从曼丹人那里，他们了解了许多西部地区的情况。印第安人习惯用木棍在地上或者用木炭在动物的皮革上绘制地图。威廉·克拉克仔细地将这些地图抄写在他的笔记本里。后来。事实证明这些地图的确十分可靠。
1805年的春天，刘易斯和克拉克继续向西行进，经过了现在为蒙大拿州和爱达荷州的地方。在这里，他们发现了斯内克河和哥伦比亚河。1805年底，这一队探险者抵达太平洋沿岸。
1806年秋，刘易斯和克拉克回到了圣路易斯。根据他们的笔记绘制成的地图于1814年出版发行。尽管这张地图的科学性和准确性较欧洲制图者的作品还相差很远，但是它为以后北美地图的绘制打下了基础。
1838年，地形工程部队接管了勘测及绘制美国西部地图的任务。在这一群地理勘测精英中，最著名的人物便是约翰·C费莱蒙特。他同法国科学家约瑟夫·尼科莱特花费了两年时间勘测并绘制了明尼苏达和南、北达科他地区的地图。尼科莱特向费莱蒙特介绍了使用气压表来测量所在位置海拔高度的科学技术。
1842年，费莱蒙特从圣路易斯出发，准备勘测密西西比河以西的地区，将其绘制成图，和他同行的是查尔斯·布勒斯。布勒斯是位有日耳曼血统的勘测家兼制图家，他喜欢骑在马背上绘图。所以，探险路上由费莱蒙特带队领路，而布勒斯则骑在马背上描绘地形。
在以后十多年的时间里，费莱蒙特和布勒斯绘制了俄勒冈州、华盛顿州、犹他州、内华达州和加利福尼亚州大部分地区的地图。也许最重要的是他们发现并绘制了“俄勒冈小道”。这是一条横穿落基山脉的小径，它的发现为以后西迁的移民铺平了道路。
世界地图的绘制
在19世纪最后的25年中，绝大多数欧洲国家都绘制了十分准确的地形图。国际地理水文勘测协会的成立，使绘制全世界的海岸线和海港成为可能。这个组织由英国、法国和荷兰发起，总部设在摩纳哥。
地图绘制逐渐成为国际性的关注热点，但是这其中依旧存在着许多问题。例如国际间还没有统一的测绘标准和尺度，而这当中最大的问题可能就算是没有统一的本初子午线，各国都有自己规定的本初子午线。
1881年，在维也纳召开的第三届国际地理学家会议上，与会者建议以穿过英格兰格林威治的那条经线为本初子午线。以穿过白令海峡(西伯利亚和阿拉斯加之间的海峡)的那条经线为国际日期变更线。1884年，在华盛顿召开的第一届国际子午线会议上，采纳了以上有关本初于午线和国际日期变更线的建议。
在以后的国际会议上，还讨论了包括绘制世界地图在内的其它国际间的合作项目。进一步的国际问合作因第一次世界大战而中断，直至第二次世界大战结束后才又重新开始。
地球上的最后几块地方
地球上剩下的最后几块要测绘的地方是南极和北极地区。
自从发现美洲大陆以后，欧洲探险者不断探索开辟通往那里的新航线。这便是他们发现南极和北极的契机。
几百年来，许多著名的探险家，例如马丁·费罗比歇、约翰戴维斯、亨利·哈德逊、威廉·巴芬、威廉·帕利和约翰弗兰克林都寻找过从大西洋通往太平洋的“西北航道”。他们中的许多人同哈德逊和费兰克林一样死在了航行途中。尽管他们未能找到这条航道，但是他们当中的每一位都使人类对地球的极点有了新的了解。
其他一些欧洲探险家寻找过经亚洲顶端通往远东的“东北航道”。威伦·巴兰兹、维特斯·贝林和迪米特里·拉普森伍深入到西伯利亚以北的浮满冰山的海面，从而确定了北冰洋上的海岸线。
1878年，一支由瑞典探险家尼尔斯·诺登台罗德率领的探险队乘着“维加”号蒸汽帆船从挪威的特罗姆瑟出发。1879年7月，在北冰洋冰冻的海面度过整整一个冬季后，“维加”号终于冲出了白令海峡，出现在太平洋宽广的洋面上，从而开辟了“东北航道”。
在那时，北极地区依旧是个谜。挪威科学家兼探险家弗里德约夫南森认为那里并不是陆地，而是大片冰结的海水。1893年，南森将他的“弗兰姆”号极地船连结在一块冰上，漂流过地球的顶端。1895年，南森和弗雷德里克·约翰森驾着雪橇向极地挺进。这次他们只到达了距离北极300公里的地方，即北纬86度13的地方。
1906年，另一位挪威探险家罗尔德·阿蒙森在一次研究磁场北极的探险中，成功地沿“东北航道”出发到达阿拉斯加。航道的开辟花费了400年的时间，牺牲了无数宝贵的生命，但探险家们终于成功了。
格陵兰岛的漂流木地图
格陵兰岛的居民乘着小皮艇沿着格陵兰岛崎岖的海岸航行了数千年。为了能找到回去的路，他们在漂流木的木片上刻上记号，每一个记号表示海岸线上的一个海港。用这样的办法，他们就可以计数经过的海港。
现代测绘技术
对于现代制图者来说，摄影术和航空器是两件最伟大的发明。
摄影术是19世纪中叶发明的，它在以后的地形勘测中发挥了非常重要的作用。
最初用来绘制的地图只是些在高楼或塔顶上拍摄下来的照片，尤其是在城市拍摄的照片。但很快摄影师就试着将照相机吊在风筝或热气球上在空中进行拍照。
一位名叫埃梅·劳塞达的法国军官是摄影测绘领域里的先驱。1859年，劳塞达发明了一种带有经纬仪的特殊照相机。他从不同角度拍摄同一物体，从而确定它的位置。当有相当数量的物体的位置被确定时，这个区域中各个物体的相对位置就可以被清晰地描绘出来了。
1906年，一位名叫西奥多·施姆夫鲁格的奥地利人为空中摄影测绘设计了一种照相机。这架照相机有8个镜头，其中一个镜头是垂直的，另外7个在它周围围成圆圈。照相时，一次按下快门可以同时得到8张角度不同的照片，从而得到一物体的全景图。
但在1906年，这样的照相机还不是那么有用。当时航空器的发展也处在初级阶段，而且由于热气球的飞行十分不平稳，摄影师想从高空得到清晰的照片几乎是不可能的。
第一次世界大战后，许多小商人买下了多余的战斗机，并将照相机安置其上，然后再将这些设备出租给政府、工程公司或资源开发公司，并且亲自为他们工作。很快，政府的测绘部门开始经常性地使用空中摄影测绘技术。在高空拍摄的照片回到地面还要经过多方面的处理和后期制作。
今天，制图者使用更加先进的技术。随着雷达和声波定位仪的出现，空中摄影测绘技术出现了第一次重大突破。战争期间，无线电信号被用来帮助侦测敌军的飞机和潜水艇。今天，无线电信号被制图者用来透视云层和森林，勘测最深邃的海底世界。
地理学家关注的是地球表面，而地质学家感兴趣的是地表下面的世界，他们的工作需要特制的设备。地磁仪被用来探测地表以下细微的磁力变化，例如不同的岩层和不同的矿床的磁力强弱就会不同。测量结果以曲线的形式记录在卷纸上。
测震仪用来测量被岩石反射的地震波，不同的岩层传导震波的方式也不同。其差异被测震仪也以曲线的形式记录下来。这些曲线揭示了地表以下地层结构的差异。
在计算机出现之前，地图从最初的勘测到成品印制需要若干年时间。在现代勘测中，由于卫星和计算机的使用，使得整个测绘过程缩短到只需几小时甚至几分钟。
现代导航系统
不断增多的流动人口使现代交通运输系统迅猛发展。无论何时，世界范围内部有成千上万的现代化飞行器在空中穿梭往来，无数的货船、油轮载着贵重并具有潜在危险性的货物在海路上往来不息。这些航道只有在精确可靠的导航体系的操作指挥下，才能保证安全畅通。
为飞机、轮船设计的现代化的导航系统采纳了最先进的科学技术。
雷达系统使导航员可以监测附近其它飞行物的位置，它还能探测云团和风暴。在地面上，雷达还被飞机调度员用来分配飞机所占据的空间并控制飞机的起降。
飞机，轮船上的自动导航系统利用电罗经和无线电信号自动设制航线，调节航行最细微的速度或航道偏差，这样就减轻了导航员的许多麻烦。
远距离无线电导航系统开始于20世纪50年代末，到了70年代中期时，世界各地基本上都被覆盖上了远距离无线电导航系统网站，传送无线电信号。这些信号被飞机、船只接收后，可以帮助它们准确地找到所处的方位。
导航系统方面最令人惊叹的发展可能要算是全球定位系统(GPS)。这一系统根据多普勒频移现象原理测量无线电信号。换句话说，它是用来测量信号源(人造卫星)和接收站(船只)之间无线电波的频率变化。全球定位系统由多个人造卫星地面跟踪站、计算设备以及一个入轨站、报时信号和计算机终端接收器构成。
全球定位系统刚刚在60年代中期出现时，价格十分昂贵，不但绝对机密，而且只用于军事领域中。60年代末期，整个系统逐渐可为民用。
当今，科技迅猛发展，计算机体积变得越来越小，这一切使帆船运动员甚至徒步旅游者可以随身携带全球定位系统。无论在世界哪个角落，海上的船员只需按下手提式计算机接收器上的按钮，便可迅速确定他们所在位置的经纬度。
这一技术的确让人叹为观止。但是如果半途中电池里的电突然用完了，计算机不能再正常运转，我们的水手就只能像祖先那样再次抬头仰望天空了。
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