Период возрождения (16-17 в.в.)

К концу 15 в. Европа фактически оказалась изолированной от Востока. Арабы, владея Александрией, портом мировой торговли, были посредниками в торговых отношениях между Западом и Востоком и за это брали огромные пошлины. В свою очередь, турки, контролирующие Дарданеллы, перекрывали путь в Индию, в своё время открытый Марко Поло. Всё это послужило стимулом к поискам новых связующих путей между Европой и странами Востока, в частности, Индией.

Португальцы первыми начали серию Великих географических открытий. Совершив ряд морских путешествий, они в 1486 г. обогнули южную оконечность Африки, стремясь таким путём достичь заманчивой Индии. Во время этих плаваний португальцы вели съёмки побережья и наносили их на карты.

Ту же задачу достижения Индии, но другим путём, стремился решить Х. Колумб (1451-1506 г.г.). Убеждённый в шарообразности Земли (однако Колумб представлял фигуру Земли в виде груши), он задумал достичь Индии западным путём. Вообще эта идея была высказана задолго до него. Ещё Аристотель в 3 в. до н. э. считал, что если плыть на запад по параллели о. Родос, то, пересекая океан, можно попасть в Индию. Ширину океана Аристотель оценивал в 240⁰ (в действительности 230⁰). Колумб же был уверен, что ширина океана не более 130⁰, поскольку за основу брал карту Паоло Тосканелли (1397-1482 г.г.). В свою очередь, П. Тосканелли опирался на карту Мартина Тирского, тогда как результаты вычислений Эратосфена размеров земного шара к тому времени были прочно забыты. По пути в Индию Х. Колумб наткнулся на неизвестный материк - Америку и, тем самым открыл его 12 октября 1492 г.

В 1497 г. экспедиция Васко да Гама обогнула мыс Доброй Надежды и 20 мая 1498 г. дошла до Калькутты, т.о. действительно открыв морской путь в Индию. В том же году Джон Кабот высаживается на о. Ньюфаунленд и открывает побережье Северной Америки. В 1513 г. отряд Васко Нуньесы де Бальбоа пересекает Панамский перешеек и выходит к Тихому океану, а в 1518 г. португальские суда приходят в Японию.

В 1519-1522 г.г. Фернандо Магеллан совершает первое кругосветное путешествие. Отплыв от берегов Испании 20 сентября 1519 г., он обогнул Америку с юга, открыл названный впоследствии его именем Магелланов пролив и 28 ноября вступил в доселе неведомый Тихий океан. Магеллан полагал длину земной окружности равной 37 тыс. км, поэтому тоже считал Тихий океан достаточно узким. Однако только через 99 дней экспедиция достигла Марианских островов, а затем, уже после смерти Магеллана, 7 сентября 1522 г. возвратилась в Испанию.

Экспедиция Магеллана своим плаванием не только впервые подтвердила шарообразность Земли, но и доказала факт вращения Земли вокруг своей оси с запада на восток. Дело в том, что когда участники экспедиции возвратились в Испанию, было воскресенье 7 сентября, а по их счислению - суббота 6 сентября. Это объясняется тем, что следуя всё время на запад, навстречу суточному вращению Земли, путешественники сами совершили один обратный оборот вокруг Земли и в их календаре оказалось одной датой меньше.

Второе кругосветное путешествие через Магелланов пролив совершил Френсис Дрейк в 1577-1580 г.г., этим и закончился цикл Великих Географических Открытий, который практически снял все вопросы о форме и приближённых размерах Земли. Была доказана:

- замкнутость Земли в пространстве;

- суточное вращение и направление его;

- преобладание водной поверхности на сушей.

Последний вопрос имел особое значение для формирования правильного философского мировоззрения людей и концепции освоения Земли. Его корни уходят в далёкое прошлое. В частности, Птолемей утверждал, что из семи частей света только одна занята морями. Затем эти рассуждения перешли в плоскость наличия или отсутствия материков в районах Северного и Южного полюсов. Постепенному приближению к правильному соотношению океанов и суши способствовали результаты экспедиции Абеля Тасмана в 1642 г., когда он обогнул с юга Австралию и Новую Зеландию, открытие в 1648 г. Семёном Дежневым пролива между Азией и Америкой (материалы этого плавания не получили должной известности), названного впоследствии Беринговым и путешествия Джеймса Кука (1728-1779). Однако последняя точка в этом вопросе была поставлена с открытием Антарктиды Ф.Ф. Беллинсгаузеном и М.П. Лазаревым: 71% - моря и океаны; 29% - суша.

Вместе с тем, великие географические открытия поставили перед человечеством и ряд новых проблем. Например, одна из них, может быть центральная, точное определение места нахождения на Земле.

К этому времени уже окончательно утвердились представления о глобальной системе координат - широте и долготе. Широту места всегда определяли достаточно легко и точно путём измерения высоты Солнца в истинный полдень или по высоте Полярной звезды над горизонтом.

Гораздо сложнее обстояло дело с определением долготы места. Долготу местности обычно вычисляли путём измерения расстояния в направлении строго запад-восток от известного пункта через радиус Земли. Такой способ был очень неточен, в частности, Х. Колумб при определении долготы о. Ямайка в 1504 г. ошибся на 38⁰45'6, т.е. более, чем на 4 тыс. км. В 1510 г. испанец Алонсо де Санта Крус предложил для определения долготы использовать разницу между местным временем и временем на начальном меридиане, для чего необходимо было иметь с собой точные часы-хронометры, сохраняющие время начального меридиана. Подобный хронометр был создан лишь в 1759 г. Джоном Харрисоном (1693-1776 г.г.) и в1765 г. его взял в плавание Д. Кук. За три года плавания хронометр отстал всего лишь на 7 минут 45 секунд.

Трудами Николая Коперника (1473-1543 г.г.), Иоганна Кеплера (1571-1630 г.г.), Галилео Галилея (1564-1642 г.г.) была установлена гелиоцентрическая система мира - великое философское достижение периода Возрождения, признанное католической церковью лишь после 1875 г.

Вместе с тем великие географические открытия выдвинули задачи исправления и уточнения старых карт, а также создания новых для весьма обширных территорий. С 1500 г. геодезисты начинают широко применять астрономическое определение координат пунктов, на картах повсеместно появляются масштабы, а для ориентирования стали брать не большую ось Средиземного моря, а экватор. Со второй половины 15 в. разрабатываются новые научные методы и принципы изображения сферических поверхностей на плоскости, т.е. картографические проекции.

Большой вклад в это дело внёс голландский учёный Герард Меркатор (1512-1594 г.г.). В 1554 г. он издал гравированную на меди карту Европы, состоящую из 15 отдельных листов, а в 1569 г. - большую карту на 18 листах, на которой компасные румбы (как на портоланах) были заменены градусной сеткой меридианов и параллелей в специальной проекции (названной проекцией Меркатора). Позже Меркатор издал ещё много карт и атласов, и само название "атлас" произошло от того, что на титульном листе атласа Меркатора был изображён этот мифический титан, поддерживающий небесный свод. До Меркатора такие сборники карт называли "Театр земного круга".

Первая попытка составить более или менее достоверную карту Московского государства была предпринята в 1525 г. венецианским картографом Батисто Агнезе со слов Дмитрия Герасимова - посла Великого князя Василия III, отца Ивана Грозного. На ней весь север России, согласно представлениям древних, покрыт океаном, вероятно это были гипертрофированные сведения о Белом море. Чёрное и Азовское моря показаны довольно правильно, а вот Каспийское море вытянуто по долготе, как на картах Клавдия Птолемея. Эта карта до сих пор хранилась в Венеции, в атласе Б. Агнезе. Отдельный экземпляр этой карты, предназначавшийся для книги епископа Паоло Джовио о Московии и Татарии, долгое время считался утраченным. Однако в декабре 1993 г. эта карта появилась на аукционе "Сотби", была куплена и сейчас хранится в Российском государственном архиве древних актов.

Великий государь Иван IV Грозный в 1552 г. повелел: "землю измерить и чертёж государству сделать", чем было положено начало составлению "Большого чертежа", т.е. карты страны. Такая карта была составлена в 1598 г. в масштабе 75 вёрст в дюйме (1:3 150 000). Основанием для составления "Большого чертежа" служили "писцовые книги", где находились описания земельных угодий, полученные в ходе переписи народа.

"Большой чертёж" не сохранился, но сохранились комментарии к нему, из которых следует, что по сути своей это была маршрутная карта, т.е. карта путей сообщений. На карте были указаны расстояния между пунктами в вёрстах или "конской ездою" от Москвы на Рязань, к Северским землям, Польше, к Крыму и т.д.

Для измерения расстояний по дорогам применялось мерное колесо - "верстомер". На "Большом чертеже" были показаны урочища: поля, реки, города, озёра, колодцы, монастыри и т.д.

В то же время в Западной Европе начинают применять простейшие инструментальные съёмки для составления специальных карт сравнительно небольших участков местности - т.е. выполнять топографические работы и постепенно переходить к точным съёмочным работам. В 1590 г. Иоганн Преториус (1537-1617 г.г.), математик из Альтдорфа (близ Гамбурга), изобрёл мензулу - полевой чертёжный столик, на котором план можно было создать непосредственно в поле. Но вначале мензула служила исключительно для плановых графических построений и вплоть до 70-80-х годов 19 в. мензула не имела подъёмных винтов, вместо кипрегеля применялась деревянная алидада с диоптрами, а для отыскания удалённых предметов или сигналов использовалась подзорная труба.

В конце 16 в. Матиас Одар при помощи мерного шнура, компаса и квадранта произвёл топографическую съёмку Саксонии, но дальнейшие съёмки в Германии были прерваны 30-летней войной.

В 1614 г. в Голландии вышла карта России, составленная царевичем Федором Борисовичем Годуновым. При её составлении за основу был взят "Большой чертёж", поэтому эта карта отличалась от ранее изданных иностранцами большей точностью. По существу она являлась первой генеральной картой Европейской России. Карта сохранилась, на ней имеется сетка меридианов и параллелей, основанием для которых послужили астрономические наблюдения, произведённые ранее англичанами. Показан масштаб - 87 вёрст в градусе.

В 1627 г. карта была вновь изготовлена и дополнена чертежом дорог от Москвы до Перекопа. Сохранилась копия последнего чертежа, который называется "Чертёж украинским и черкасским городам от Москвы до Крыма".

К этому времени резко повышается интерес к землям Сибири. В 1581 г. Ермак начал поход в Западную Сибирь, в 1639 г. Иван Москвин достигает восточного края Азии и выходит к берегам Тихого океана. Он же сообщает первые сведения о р.Амур. В 1630 г. русские открывают устье Лены, в 1644 г. доходят до устья Колымы. Василий Поярков в 16448-1650 г.г. совершает плавание по Амуру и Охотскому морю. В 1648-1650 г.г. Семён Дежнев прошёл на кочах от устья Колымы до устья р.Анадырь и проплыл проливом между Азией и Америкой. В последние годы 17 в. Владимир Атласов открывает Камчатку и Курильские острова. Все путешественники во время своих экспедиций составляли описания и чертежи отдельных участков местностей - "землиц", на основе которых создавались первые карты Сибири.

Однако первая полная карта Сибири была составлена в 1697 г. Семёном Ремезовым - "Чертёж всей Сибири". Она была выполнена на бязи шириной три аршина и длиной почти четыре аршина. Эта карта хранится в Государственном Эрмитаже. Позже С. Ремезов составил "Чертёж всех сибирских городов и земель", "Чертёж каменной степи", а в 1701 г. - первый русский географический атлас "Чертёжная книга всей России", в котором собраны 23 карты. Второй атлас С. Ремезова "Служебная чертёжная книга" состояла из 47 карт, а в 1711 г. вышел третий атлас С.Ремезова, содержащий 167 карт; он в настоящее время находится в США.

По современным понятиям "географические чертежи" допетровского периода Руси весьма несовершенны, поскольку в основе этих карт лежали не инструментальные измерения, а данные опросов и описаний, вследствие чего они имели множество неточностей и несоответствий. Карты были двумерными, безрельефными. Горы на них изображались рядами холмов, измерения высот не производилось. Реки тоже указывались условно, без всякого подобия действительным их изгибам

Помимо разработки картографических проекций задачу правильного изображения поверхности Земли пытались решить и путём построения глобусов - объёмных моделей Земли. Первый глобус этого периода (самый первый глобус был сделан ещё 150 лет до н. э.), именуемый "яблоко Земли", был создан астрономом Мартином Бехаймом (1459-1507 г.г.) в 1492 г. в Нюренберге. Кроме глобуса он ввёл в обиход так называемый "якобмасштаб" или "градшток" - прибор для измерения высоты Солнца и звёзд на море. Этот инструмент представлял собой градуированный стержень с передвигающимися поперечниками - далёкий прообраз современного секстанта.

К этому же периоду - концу 16 в. относятся и первые упоминания в в трудах англичанина Л. Диггиса (1552 г.) прибора "теодолит" для измерения горизонтальных углов. Первые конструкции теодолитов не имели оптики. Позже, после изобретения в 1608 г. в Голландии зрительной трубы, оптические трубы стали применять сначала для нивелиров (вторая половина 17 в.), а несколько позже французский астроном Жан Пикар (1620-1682 г.г.) приспособил её и к теодолиту взамен наблюдательной щели, а также добавил отсчётную шкалу для измерения направлений. Такие теодолиты первоначально использовались для астрономии, в геодезических наблюдениях их стали применять только несколько десятилетий спустя. Серийно теодолиты стал изготавливать механик Д. Рамсден с 1787 г., они имели лимб диаметром 90 см и массу 91 кг. Теодолит перевозили в специальном четырёхколёсном экипаже.

Около 1674 г. итальянец Монтари создал нитяной дальномер с постоянным углом для измерения расстояний.

В 1609 г. Г. Галилей через сконструированную им астрономическую трубу открыл 4 спутника Юпитера и предложил пользоваться их затмениями для определения долготы места нахождения на Земле.

В 1615 г. голландский геодезист Виллеброд Снеллиус (1590-1626 г.г.) впервые применил метод триангуляции для линейных измерений дуги меридиана между Бергеном и Алькмаром. Затем в 1669 г. с помощью усовершенствованного им теодолита измерил цепь из 13 треугольников между Мальвуазьером и Амьеном. В качестве исходного базиса была измерена сторона треугольника длиной 11 км.

Ж. Пикар получил очень точный результат для длины 1⁰ - 57 060 туаза или 11,2099 км. На стыке 17 и 18 веков Доменико Джованни Кассини, его сын Жак Кассини и Лаир выполнили обширные градусные измерения Парижского меридиана от Кольера до Дюнкерка.

Появляются первые руководства по производству землемерных работ. Одна из таких рукописных книг в России называлась "Книга, именуемая геометрия, или землемерие радиксом и циркулем" (1697 г.). Эта книга хранится в Москве в Российской национальной библиотеке. В ней значительное внимание уделено вопросам измерения земельных участков, выполнения рекогносцировки, определению расстояний, размеров и высот зданий, описываются быстрые методы вычислений, позволяющие получать результаты в одном масштабе погрешностей.

В это время для карт мира и значительных по размерам территорий широко использовались трапециевидная проекция и проекция Апиана, послужившие прообразом разработанных позднее псевдоцилиндрических проекций. Новую синусоидальную псевдоцилиндрическую проекцию для карт мира в 17 в. предложил представитель французской школы Н.Сансон.

Итак, этот период характеризуется разработкой научных принципов и методов полевых геодезических работ, а также появлением первых приборов, что обусловило переход к новому периоду в истории геодезии. В свою очередь, это существенно изменило мировоззрение людей, позволило отказаться от догматов религии и осознать гелиоцентрическую систему мира.