История развития геодезии

Несомненно, геодезия сегодня – это важнейшая наука, которая необходима во многих областях человеческой деятельности. В наш век компьютерных и спутниковых технологий геодезия выходит на новый уровень своего развития. Однако, не стоит забывать, что геодезия – это еще и одна из древнейших наук, имеет богатую историю. В данном разделе предпринята попытка кратко изложить историю геодезии. Считаю, что интересные малоизвестные факты об известной науке будут полезны и специалистам, и тем, кто не связан с ней.

Древний Египет

Примерно 6 000 л.н. в Египте зарождается земледелие. Разливы Нила, с одной стороны приносили стране плодородие, с другой – грозили наводнениями, поэтому именно ирригационное земледелие стало основой древнеегипетского хозяйства. Долина Нила была разделена продольными и поперечными дамбами на бассейны различной площади. Ежегодные разливы реки меняли поверхность, размывая границы земельных участков, снося межевые знаки, восстановить которые без помощи знающего геометра было невозможно.

В 4-м тысячелетии до н.э. в городах-государствах Египта строятся новые оросительные каналы и водозащитные дамбы, проводятся работы по определению земельных площадей, разбиваются площадки под строительство дворцов, многочисленных храмов и пирамид – все это способствует развитию геодезии в Древнем Египте.

В специальных школах особо одаренным ученикам давали знания в области геодезии и географии. Ученик должен был уметь измерить площадь поля, составить схему канала, начертить план здания, вычислить размеры и объёмы пруда, различных фигур, в т.ч. и объём полушария. Выпускники школ умели размежевать земельные участки, устанавливать пограничные стелы на границах полей, вести кадастр, рассчитывать ставки налогов, сооружать каналы, дамбы и здания, прокладывать дороги. В общеобразовательный минимум выпускников входили даже сведения, необходимые архитектору.

Геодезические приборы того времени элементарны: мерные жезлы, мерный шнур (веревка), отвесы, линейка, циркуль. Для нивелирования применяли ватерпас – прибор в форме буквы А с отвесом при вершине и меткой на перекладине для регистрации отвесной линии.

От планов земельных участков и зданий египтяне переходят к составлению географических карт. На египетском папирусе, возраст которого 3 800 лет, содержатся правила производства съёмки местности.

В Туринском музее хранится карта на папирусе времен Рамсеса II (1 300 лет до н.э.), где изображены золотоносные области на территории Нубии. Карта выполнена в 5-ти красках.

Первые кадастровые съёмки были осуществлены египтянами около 3000 лет до н.э. в целях установления границ разрабатываемых участков, их площадей, а также регистрации имен их владельцев.

Возведение пирамид невозможно представить без разбивочных геодезических работ. Пирамиды тянутся к югу от Каира на 60 км по границе песков Ливийской пустыни и долины Нила. Всего там находится 80 пирамид разной высоты и степени сохранности. Пирамида Хеопса хорошо ориентирована по странам света, максимальная ошибка составляет всего 5,5 минут. Повторные обмеры многих египетских пирамид позволили установить, что точность линейных измерений при их разбивке характеризуется относительной ошибкой 1:3000, угловых – ошибкой 2-4 минуты, измерения превышений – 3-5 мм. Египтяне могли с высокой точностью измерять и откладывать на местности значительные длины – до 15 км.

Древняя Греция

Известный философ Платон (427 – 347 до н.э.) ученик Сократа и учитель Аристотеля, представлял землю в виде куба, но идея о шарообразности Земли уже завоёвывала господство. Эту идею признавал Пифагор и его школа (VI в. до н.э.), но закрепил её главенство Аристотель.

Походы Александра Македонского познакомили греков с новыми странами и обогатили уже имевшиеся сведения о Земле. Армию Македонского сопровождали специалисты (бематисты – геодезисты), которые составляли описания маршрутов и карты захваченных территорий.

Ученик Аристотеля Дикеарх Мессинский (350 – 290 до н.э.) составил несколько карт мира, положив начало построению картографических проекций. На его картах имеется «диафрагма» - линия, проходящая через Средиземное море от Геркулесовых столбов через о. Родос до восточных окраин Азии; перпендикулярные к ней линии соответствуют современным меридианам. Отсюда появляются названия «долгота» и «широта».

Астроном Аристарх Самосский (ок. 320 – ок. 250 до н.э.) первым высказал идею гелиоцентризма, утверждая, что Земля совершает оборот вокруг своей оси в течение суток и в течение года – вокруг Солнца; все планеты также вращаются вокруг Солнца. Эту идею позднее отстаивал Николай Коперник. Но взгляды Аристарха оказались слишком смелыми для того времени и не были приняты ученым миром.

Живший в Александрии, основанной А.Македонским, Эратосфен (276 -194 до н.э.) сумел измерить Землю по меридиану (39690 км), что примерно соответствует современным измерениям (40000).

Значительные познания в области астрономии, геодезии и географии, позволили ему создать карту Земли, с сетью меридианов и параллелей, которая служила до конца I в.н.э., незначительно меняясь в деталях. Однако географическая сетка Эратосфена не имела в основе научных принципов. Их заложил Гиппарх Никейский (190 – 125 до н.э.) – величайший астроном древности. Он первым начал определять местоположение пунктов земной поверхности по астрономическим наблюдениям, ввел географические координаты: назвал расстояние от экватора к полюсам до данного пункта широтой, а расстояние к востоку или к западу от начального меридиана – долготой. Именно Гиппарх окончательно построил геоцентрическую систему мира и все ученые согласились с тем, что Солнце и планеты вращаются вокруг Земли. Позднее эта система была названа системой Птолемея.

Велико значение работ Клавдия Птолемея (87 – 165 н.э.). Птолемей создал «Мегале Синтаксис» («Великое сочинение») в 13-ти томах – дело всей его жизни – в которой разработал систему мира с Землей в центре Вселенной. Птолемей считался непогрешимым авторитетом, и его геоцентрическая система мира, поддерживаемая церковью, просуществовала до открытия Николая Коперника (1543).

Древний Китай

С XI в. до н.э. практикуется пожалование земельных владений и передача их по наследству, что требовало установления границ этих земель. Систематически переделывались границы внутриобщинных наделов. Таким образом, мы видим, что у китайских землемеров была работа.

Древнейшая китайская карта была обнаружена на территории северной китайской провинции Хэбэй в мавзолее Ван Цо (344 – 313 до н.э.) и представляла собой метровую медную пластину, на которой подробно были изображены 5 мавзолеев с выгравированными иероглифическими и цифровыми обозначениями, покрытыми золотом и серебром. Масштаб карты примерно 1:500.

В погребении второй половины II в. до н.э. были обнаружены карты, нанесенные на шелк, содержащие элементы рельефа, реки, дороги, части береговой линии, населённые пункты, крепости; приведены данные о численности населения.

Археологи обнаружили карты на сосновых досках, датированные 239 г. до н.э. эпохи правления императора Цинь Ши – Хуанди, впервые объединившего Китай, на которых показаны границы административных районов царства Цинь, реки, озера, леса, горы.

Во II в. до н.э. империю Цинь сменила империя Хань. В это время большой подъем переживает архитектура. Возводились двух-, трехэтажные здания и высокие (до 46 м) башни. При геодезическом обеспечении строительства применяли нитяные отвесы.

Ханьский период ознаменован изобретением прибора, названного «указатель юга» (южное направление было главным в восприятии китайцами окружающего мира). С I в.н.э. этот прибор применяют как мореходный компас.

Древний Рим

История Древнего Рима охватывает период со II в. до н.э. по V в. н.э.

Большие объемы геодезических работ производились у древних римлян при разбивке земель на арендные участки для создания земельного кадастра. Земли делились на «центурии» (711 м в длину и 711 м в ширину, при погрешности сторон не более 2 м), между которыми проходили общественные дороги.

Геодезические методы в Древнем Риме применялись также при возведении зданий и сооружений. При строительстве акведуков и тоннелей требовалась высокая точность измерений – до 1:50000, при том, что протяженность этих сооружений и отдельных участков римского водопровода составляла несколько десятков километров, а акведук Марцелия имел протяженность более 91 км. Примечательно, что римские геодезисты занимали более высокое положение, чем математики, философы, врачи.

Стремясь к господству над соседними государствами, римляне в военных целях использовали геодезические знания греков.

По указу Юлия Цезаря (100 – 44 до н.э.) с 50-х годов до н.э. начинается съёмка всех дорог Римской империи. Создавались лентообразные карты с участками военных дорог, названиями мест и указанием расстояний между ними. При измерении дорог использовалось мерное колесо – одометр. Дороги изображали прямыми линиями, без углов поворота.

Средние века

Период с VI по XV века считается черными страницами в истории человечества. Войны стали постоянным явлением. Было забыто всё, что знали египтяне, греки, римляне, утеряны древние карты, угасла тяга к открытиям. Человечество возвратилось к мифологическому мировоззрению. Учение Птолемея отвергалось. Землю представляли в виде прямоугольника, окруженного хрустальными стенами, куполообразно сходящимися наверху. Это учение поддерживалось священниками и на Руси вплоть до XVII века.

На фоне общего невежества прошло незамеченным открытие в IX –X в.в. Винлянда (Северная Америка), и Америку пришлось открывать вторично.

Тем не менее, в XI в. в Европе вошел в употребление компас. С конца XII в. итальянцы начали составлять «портоланы», так называемые «компасные карты».

Во время крестовых походов европейцы знакомятся с геодезией арабов. Именно арабы помогли сохранению научных знаний во мраке Средневековья. С VIII в. арабы распространили свое владычество от Инда до Испании, от Кавказа до тропической Азии. Появившись на берегах Средиземного моря, они частично усвоили греческие науки.

С IX в. арабы производили топографические съёмки, выполняли градусные измерения, определяли астрономические пункты, сооружали астрономические обсерватории. В 1004 г. в г. Ургенче (бывшая столица Хорезма) была создана обсерватория, в работе которой принимал известнейший астроном и геодезист Средневековья ал-Бируни (973 – 1048). Он первым предложил тригонометрический метод определения расстояний, производил работы по определению размеров земного шара, а также высказал мысль об обращении Земли вокруг Солнца. Ал-Бируни определил радиус Земли - 6342,2 км, (в действительности 6371,11 км).

Тем не менее, арабы недостаточно критично подходили к греческим источникам и повторяли их ошибки, например, Индийский океан они представляли в виде узкого моря с чрезвычайно увеличенным островом (ныне Шри-Ланка) посередине. Арабские карты полны ошибок и искажений. Так, Балтийское море они изображали как бухту Ледовитого океана, Волга на их картах впадала одним рукавом в Каспийское море, другим – в Азовское. За центр Вселенной они принимали Мекку и подгоняли к этому весь картографический материал.

На рис. 1.1 представлена самая ценная и знаменитая карта мира из английской рукописи XIII века — прекрасный образец средневековой монастырской карты, хорошо сохранившийся до наших дней. Карта выполнена на тонком пергаменте, ее диаметр 1,3 м. В центре — град lerusalem, все остальные географические объекты размещены вокруг него. На карте можно обнаружить Дунай и Днепр, Дон и Волгу, Черное и Каспийское моря, Армению и Самарканд. Подлинник карты содержит 500 иллюстраций, много мифологических сюжетов, а также текстовую информацию о дорогах, торговле, растениях и животных, которые могут встретиться путнику в дальнем путешествии. Любопытно отметить, что в восточной части карты конкретно указан христианский рай — Paradis.

Геодезия в России (X-XVII в.в.)

В XV – XVI в.в. в Московском государстве планы зданий, их высота, расстояния между ними были кратны определённому модулю, применение которого приводило к пропорциональной соразмерности сооружений. «Мерщики» сознательно отказывались от геометрической планировки улиц, т.к. свободное размещение зданий прерывает ветровые потоки, которые образуются в сплошь застроенных улицах и раздувают пожары. Свободная застройка создавала пролёты между домами, в которые жители могли видеть живую природу и храмы.

В 1525 г. венецианским картографом Батисто Агнезе была создана первая печатная карта Московии. Иван Грозный в 1552 г. повелел «землю измерить и чертеж государству сделать». В 1598 г. такая карта была составлена в масштабе 75 верст в дюйме. «Большой чертёж» нужен был для познания территории и управления государством. В истории геодезии допетровской эпохи он явился первым этапом изучения отечества.

В середине XVII в. русские знали о реальных размерах небесных светил. Так, Солнце полагалось больше Земли по диаметру в 162 раза (в действительности – в 109 раз).

В 1697 г. Семён Ремезов составил «чертёж всей Сибири», выполненный на бязи шириной 3 аршина и длиной почти 4 аршина (хранится в Государственном Эрмитаже). В 1701 г. он же создал первый русский географический атлас «Чертёжная книга всей Сибири», в котором было 23 карты. Второй атлас Ремезова «Служебная чертежная книга» состоял из 47 карт. Третий же атлас, созданный в 1711 г. и содержащий 167 карт, в настоящее время находится в США.

Ясно, что «географические чертежи» допетровского периода несовершенны и неточны, но они положили начало развитию геодезии в стране и для своего времени удовлетворяли потребностям государства.

Источники:

1.     http://valens.su/

2.     www.giswelland.com