天圓地方與經緯投影:中國古地圖的侷限性在哪?

在古代,對於不同地區的文明來說,地圖都屬於“剛需”。我們已經介紹了中國古地圖及製圖法,那麼在遙遠的西方,當時的地圖又有哪些特色呢?本篇就來對比中西方古代地圖的差別。這個對比,不僅僅是為了找到差別甚至中國古代地圖的侷限性,更重要的是,希望籍此引發大家對於這種侷限性的思考。

西方古地圖的第一個高峰誕生於古希臘。與中國不同,古希臘三面沿海,且地形多為山地丘陵,並不適合種植和發展農業。但往往上帝在關上一扇門的時候會打開一扇窗,古希臘人轉而發展出強大的海上貿易,並據此建立了不少城邦國家。

天圓地方與經緯投影:中國古地圖的侷限性在哪?

古希臘陶器彩繪


在之前的文章中,我們可以發現中國古代繪製地圖的理論和方法可謂獨具一格,完全基於自己的文化和地理環境特色,那麼在古希臘,地圖學會有怎樣的不同?

球體與周長

在頻繁的航海活動中,古希臘人逐漸留意到每當有船出海歸來時,最先出現在海平面上的是帆尖,然後再看見船。這個現象促使人們思考:如果大地沒有曲度,難道岸邊的人們看到的不該是水平面上的整船遠景嗎?除非地球是個球體,才能解釋這一切。

天圓地方與經緯投影:中國古地圖的侷限性在哪?


事實上,地球是球題這一概念在公元前五、六世紀,就被古希臘哲學家畢達哥拉斯(Pythagoras)提出了,不過他的想法只是單純因為自己認為球形最完美,沒有事實依據,十分任性。

之後,古希臘哲學家亞里士多德(前384-前322)第一次科學地證明了地球是球體,他在《天論》裡從不同的角度加以論證,其中一個正是船靠岸時總是先見桅杆、後見船身,且遠離時正好相反。

到了公元前3世紀,古希臘天文學家埃拉託斯特尼根據正午射向地球的太陽光和兩觀測地(亞歷山大港與埃及的阿斯旺)之間的距離,第一次算出地球的周長,而中國直到唐代才由僧一行測出,比古希臘遲了將近1000年。


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埃拉託斯特尼測地球周長的原理示意圖


經緯線與投影法

為什麼要強調地球形狀呢?這就跟我們緊接著要說的投影密不可分了。

從前人們將地球當成2維平面,只需要確定XY座標軸(比如中國的計裡畫方)就可以確定一個點在地圖上的位置,但現在地球是3維立體的了,怎麼定位呢?

今天的人們馬上能夠想到——靠經緯度。沒錯,古人也有同樣的思路。古希臘地圖學的集大成者克羅狄斯·托勒密(約100年—170年)在他的著作《地理學指南》裡首次明確提出經緯度概念:連接地球南北段的為經線,與經線垂直的是緯線,緯度從赤道量起,而經度則從當時所知道的世界最西地點算起,並用經度和緯度來確定地點在球體上的精確位置。

現在地球已經確認是立體的球形了,但是除了地球儀之外,常見的地圖始終是2維的,如何將3維地球表面的信息全部轉換到全面上呢?這個過程就是投影

,世上最早的地圖投影法同樣出自於托勒密的《地理學指南》。


天圓地方與經緯投影:中國古地圖的侷限性在哪?

圓柱投影


投影法有許多種,最常見的就是圓柱投影法和圓錐投影法:

當我們用一張紙包住地球儀,形成一個圓柱體,並使地球儀的赤道和紙面相切。假如我們在球心處放置光源,並使地球儀完全透光,那麼地球儀表面的信息就會被完整地投影在紙面上,用筆一一描下後再展開,就得到了平面版的世界地圖,這就是圓柱投影法;

當我們用一張扇形的紙圍成圓錐,包住地球,且與地球相切(可以自定義1或2條緯線為基準線),同樣在球心處防止光源使透光,投影出來的內容就是世界地圖,這就是圓錐投影法。

天圓地方與經緯投影:中國古地圖的侷限性在哪?

圓錐投影法


通過示意圖,我們可以發現,使用圓柱投影法時,越靠近南北兩極,變形越嚴重;而圓錐投影法僅基準線所在半球準確,越靠近錐底變形越厲害,而這些都是西方地理學家們早就意識到的問題。

天圓地方與經緯投影:中國古地圖的侷限性在哪?


可惜在中國,被“天圓地方”的觀念所困,古人在繪製地圖的時候是完全不考慮地表曲度的,所以中國古代的地圖在小區域內可以相當精確,而全疆域地圖一定存在扭曲變形。

天圓地方與經緯投影:中國古地圖的侷限性在哪?

宋代《元豐九域圖》


直到明代後期,意大利人利瑪竇(1552-1610年)來中國傳教,才讓中西方最先進的地理知識與地圖測繪技術互相交流。到了清朝初年,越來越多的西方傳教士將地圖學傳來中國,康熙帝集中國家力量,並在一些西方傳教士的幫助下進行全國範圍的地形勘測,完成了《皇輿全覽圖》,這份地圖的質量和經度在整個中國地圖史上都是一次質的飛躍,併為後世留下了深遠的影響。

從世界領先到“康乾兩朝之圖,原出西人之手”,中國地圖在與西方的較量不知不覺中落了下風。

“儘管中國古代對人類科技發展做出了很多重要貢獻,但為什麼科學和工業革命沒有在近代的中國發生?”李約瑟難題值得我們一直探索答案並永遠保持警惕和自省。


天圓地方與經緯投影:中國古地圖的侷限性在哪?

皇輿全覽圖


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