Том 26. Мечта об идеальной карте. Картография и математика

КАРТЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЙ НА МЕККУ

Мусульмане должны молиться пять раз в день, обратившись в сторону Каабы — священного куба, расположенного в Мекке и символизирующего дом Бога. Мечети также должны располагаться соответствующим образом. Но как мусульманин или строитель мечети в любой точке мира может узнать, в каком направлении находится Мекка? Можно построить карту в стереографической проекции, в центре которой будет изображена Мекка. Так как эта проекция является азимутальной и конформной, на карте можно будет провести прямую между мечетью и Меккой, затем вычислить угол между этой прямой и меридианом. До начала молитвы мусульманин должен будет встать лицом к северу, а затем повернуться на этот угол. Один из недостатков карты заключается в том, что меридианы изображены кривыми линиями, а это усложняет вычисление угла.

Возможен и другой вариант: можно рассмотреть ретроазимутальные проекции, то есть проекции, сохраняющие направление из любой точки Земли в фиксированную точку (но не наоборот, как в случае с азимутальными проекциями). В ретроазимутальной проекции, предложенной британским картографом Джеймсом Крейгом в 1910 году, меридианы изображаются параллельными равномерно распределенными прямыми. Карта в этой проекции, в центре которой будет изображена Мекка, прекрасно подойдет для определения киблы — направления на Мекку.

* * *

Искажения, вызываемые этим классом проекций (искажения геодезических линий, площадей, углов и форм), вблизи точки касания (или вблизи круга, образованного сечением сферы плоскостью) малы и увеличиваются по мере удаления от нее. При этом изображение близко к виду Земли из космоса. Классические геометрические проекции этого класса — ортографическая, гномоническая и стереографическая проекции. Другими, более сложными, являются азимутальная равнопромежуточная и равновеликая азимутальная проекция Ламберта. Такие карты используются в океанографии, на кораблях дальнего плавания, в туризме и в военном деле, так как в их центре изображается конкретное место, а геодезические линии, проходящие через него, сохраняются. Искажения на этих картах слишком велики, чтобы их можно было использовать в качестве обычных географических карт.

Учитывая вышесказанное, чтобы изобразить сетку меридианов и параллелей на карте, выполненной в полярной азимутальной проекции, нужно определить центр проекции (Северный или Южный полюс), провести ряд равномерно распределенных прямых, проходящих через центр карты, которые будут соответствовать меридианам, а затем изобразить ряд концентрических окружностей, которые будут обозначать параллели. Следовательно, необходимо определить, на каком расстоянии друг от друга должны располагаться эти окружности. Мы можем вычислить это расстояние, например, для гномонической проекции.

Выберем в качестве точки отсчета Южный полюс. Для данной точки А широтой φ и ее отображения А' определены два подобных прямоугольных треугольника, как показано на рисунке выше. Длины катетов малого треугольника таковы (напоминаем, что здесь φ принимает отрицательные значения):

Длины катетов большого треугольника равны R и r(φ) — расстояние от точки А' до центра. По теореме Фалеса имеем:

откуда

Следовательно, теперь мы можем изобразить сетку меридианов и параллелей центральной проекции.

Использование карт, выполненных в гномонической проекции