所有地图都是错的

2020-07-13李义

大科技·百科新说 2020年5期

李义

地图没有一张是准确的，你相信吗？但它们仍能为人们提供非常大的帮助。让我们一起来探索地图制作的奥秘。

截然不同的地图

右侧有两幅世界地图，很明显，它们的视角是不一样的，上面地图的北极和南极分别处于地图左右，而下面地图的北极和南极则分别处于地图上下。

除此之外，许多陆地的形状和面积在这两幅地图上也都不一样。上图中的格陵兰岛与非洲相比那么小，而下图中的两块陆地居然相差不大;上图中的南极与澳洲相差不大，但下图中的南极却硕大无比，似乎可以横跨所有陆地;更加离谱的是，南美洲大陆在两张地图上根本不是一个形状。同样是地图，为什么差别这么大呢？这叫人以哪张为准呢？

摊不平的橙子皮

试着把一个橙子的皮尽可能完好地剥下来，然后把它摊平，你会发现，只要橙子皮被压平，必定有些地方会被撕开。把地球想象成一个橙子，地表被剥离、摊平，同样，总有地方会在摊平的过程中产生破口，制作地图就与之类似。因此，二维平面地图不可能准确、完美地展现地球表面的面貌，只有地球仪可以。

立体橙子如何变成平面橙子

如果将地球表面均匀地切开，就像切橙子一样，是一瓣一瓣的，中间相连，两头破开，但我们平时看到的二维地图都是完好的。那么，地图是如何衔接破裂的橙子皮的？

关键不是衔接，而是把立体形状转换成平面形状，转换的过程被称为“投影”。你试着把橙子放在一张平整的纸上，用台灯从上往下照到橙子上，橙子就会在纸上形成一个接近圆形的影子，用笔将这个形状的轮廓描出来，你就获得了橙子的平面投影。

地图的制作就是把假想的地球放在纸上，用假想的光源进行投影，但实际上要通过复杂的数学理论和公式进行演算来完成投影过程。

地图的投影不仅要投射整体形状，还要投射所有位点、路线等，才能获得地面的各种信息。想象一下，你有一个透明的塑料球，球上有很多均匀的小点。这时，重复橙子投影的过程，你会看到纸上不仅有球形，还会出现很多小点，把这些小点标出来，这些点就是地图投影所需的关键信息。

面积不对却好用

世界上使用率最高的是墨卡托投影的地图（见文章开头），它有400多年的历史了。墨卡托地图上的陆地面积非常不符合实际，地图上格陵兰岛的面积与非洲相当，比中国大很多，它实际上却只有非洲的1/14、中国的1/3。虽然面积大小与实际有如此大的出入，但墨卡托地图却是航海过程中船长和水手们的好帮手。图上的经线和纬线是完全垂直的，而且地理位置的角度符合实际，因此，手绘直线就能标出航线，计算、绘制和导航都非常方便。百度地图就是采用的墨卡托投影法，地图上的道路与你的行进方向非常一致，当你在路口直角转弯时，地图上显示的也是直角;当你走直线时，地图上显示的也是直线。

不同地图，不同信息

制作地图的目的是方便人们获得某些信息，根据不同的要求可以采用最适合的投影方式，有的地图用来标识航线或路线，如墨卡托地图;有的地图并不提供实质的技术支持，主要就是为了展示世界面貌，采用的投影方式会使形状和面积尽可能符合实际;有的地图提供人口、矿藏、地质等地理信息，它采用的投影应该方便用来进行地块的平均分割。还可以制作各种特殊的信息地图，如游戏《我的世界》玩家数量的全球分布图，游戏公司需要这些信息来规划游戏的制作和推广;还有新冠病毒确诊病例全球分布图，专家可以用它来研究病毒传播的走向。

未来的全息地图

如果既希望地图完全符合实际，又能提供全方位的信息，那就要寄希望于全息地图。

全息地图一直是人类的梦想，在手机上一点，一个三维影像的地球仪就被投射在手机上方，它包含着丰富的地理信息，就像一个地理图书馆，人口、河流山川、生物物种、文化习俗等各种信息都能在简单的点击操作之下显示出来。但是，在全息地图真正进入我们的生活之前，大家还是先用这些不准确但好用的二维地图吧。

千姿投影，百态世界

如果你足够细心的话，从透明球的平面投影上会看到，即使球体上的点是均匀排布的，一旦投影到平面上，这些点之间的距离就变得有远有近了。把球体投影成平面，天生带有无法避免的缺陷——形变。制图师们想出了千姿百态的投影方法，但无论哪种方法，都会使立体球形表面产生扭曲变形，有时，几个国家的面积变大了;有时，陆地的形状变胖或变瘦了;如果你修复了一种形变，就会造成另一種形变。