核心概念
地球科学
地图
制图学
导言
你有没有花时间看世界地图，想象着去遥远的地方旅行？也许你能看到自己绘制新发现的地图以及沿途的旅程。但是地球本身是圆的，那么你如何创建精确的平面地图呢？纵观历史，世界各地的制图师都找到了创建地球平面地图的不同方法。没有一种方法可以完全代表现实，但每种方法都对特定目的有用。试试这个活动，看看今天的制图师如何帮助过去的探险家！
背景
绘制小区域的地图可能相对容易；然而，绘制整个地球的平面地图则完全是另一项挑战。制图师（地图制作者）找到了各种方法来创建世界平面地图。这些被称为投影。他们是如何做到的？有几种方法可以做到，但每种类型的投影都会以某种方式扭曲现实。科学家使用蒂索指示圆来量化创建地图时引入的变形。你将在这个活动中做类似的事情。你将在你的“地球”（气球）上绘制大小相同的圆圈，创建类似于墨卡托投影类型的投影，并研究平面地图上圆圈在面积、形状和距离上的变形情况。你会惊讶于你的圆圈在平面地图上的样子！
材料
覆盖有牛皮纸或其他保护材料的表面
中等大小的气球（例如，12 英寸的气球）
瓶盖（例如塑料水瓶上的瓶盖）
永久性记号笔（中等粗细效果最佳）
剪刀
六个图钉
纸板，20 厘米 x 25 厘米或更大（应为厚纸板或两层普通纸板，以使图钉不会穿透。）
两位助手（这项活动可以单独完成，但有助手更容易。）
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准备工作
你将使用气球来代表这项活动中的地球。将气球吹到大约半满并系好。气球的顶部和结分别代表北极和南极。
如果你愿意，可以使用永久性记号笔在气球顶部标记“N”，在结上标记“S”。这将提醒你每个极点的位置。
用永久性记号笔在气球上画一条赤道。地球的赤道是围绕其中心的假想线，它与北极和南极等距（距离相同）。（注意：一旦你的记号笔线画好，始终将气球放在牛皮纸或纸板上，以避免在工作表面上留下脏印。）
用永久性记号笔在气球上画四条等距的经线。经线是穿过地球的假想线，连接北极和南极。它们垂直于赤道（成直角）。
看：这个气球与真正的地球仪有什么相似之处？它与真正的地球仪有什么不同？
步骤
受到科学家使用的方法（如蒂索指示圆法）的启发，你将在整个地球（气球）上绘制相同大小的圆圈，创建一个投影（平面地图）并研究其变形。
首先绘制一个圆圈，圆心位于赤道和经线的交点处。为此，将瓶盖放在气球上，并用永久性记号笔沿其边缘描画。
现在在赤道与另外三条经线的交点处绘制类似的圆圈。你现在在你的地球仪上有四个圆圈。
在赤道上再添加四个圆圈，这些圆圈在已绘制的四个圆圈之间等距分布。
在北极（气球顶部）和南极（结周围区域）添加一个圆圈。
在北半球添加八个圆圈，大约在赤道和北极之间的中间位置，每对经线之间有两个圆圈。你注意到这些圆圈位于同一纬度线上吗？
对南半球重复上一步。你现在在你的地球仪上总共绘制了 26 个圆圈。
检查你的地球仪。圆圈是如何分布的？赤道上的圆圈是否等距分布？赤道和每个极点之间的圆圈呢？ 请注意，这些圆圈也位于同一纬度线上。所有圆圈都等距分布吗？
用剪刀在气球上靠近结的地方剪一个小孔。让气球自行放气，而不是弄破它！
小心地沿着从南极（结）到北极的经线剪开放气的气球，但在气球的最顶部稍稍停下。（在最顶部切割会增加气球在稍后步骤中拉伸时撕裂的风险。）
接下来，你将通过拉伸放气的气球形成矩形的平面地图来创建地球的投影，并绘制圆圈。你认为圆圈在你的投影中会是什么样子？
将纸板放在你工作区域的前面。将图钉放在触手可及的地方。
拉伸气球使其变平，并尽可能接近矩形形状。（有助手会更容易。）一个人可以握住一侧，而另一个人握住气球的另一侧。尽量使赤道变直，经线尽可能直。（注意：不要过度拉伸气球，因为这可能会撕裂它。）当你拉伸气球时，圆圈的形状和大小如何变化？此外，你为什么要将其拉伸成矩形？你认为为什么你应该在投影中保持赤道和经线笔直？
共同努力将拉伸的气球钉在纸板上。（注意：务必将图钉稍微向外倾斜或远离气球插入。）直接向下或彩色尖端向内指向的图钉可能会因气球中的张力而弹出。
有时气球可能会在此过程中撕裂。如果确实撕裂了，请用手指握住撕裂的边缘进行观察。额外的图钉有时可以帮助固定撕裂的气球。
检查你的平面地图，特别是圆圈的大小。所有圆圈的大小仍然相同吗？如果不是，你能找到地图上它们大小相同的区域吗？ 记住，当你的地球仪充气时，所有圆圈的大小都相同。
再次研究你的平面地图，现在专注于圆圈之间的距离。圆圈之间的距离仍然相同吗？ 记住，赤道上的圆圈彼此等距；赤道和每个极点之间的圆圈也是如此。此外，北半球和南半球的圆圈绘制在赤道和每个极点之间的中间位置。在你的平面地图上仍然是这种情况吗？
再次查看你的平面地图，现在专注于圆圈的形状。所有圆圈看起来仍然像圆圈吗？你的观察结果是否表明你的地图存在变形？ 记住，你开始时使用的是大小相同的圆圈。
额外内容： 调查圆圈的相对方向（相对于彼此）是否在你的投影中保持不变。你将如何根据地图上的北方、东北方等来描述一个圆圈相对于另一个圆圈的方向？这与你原本描述地球仪上该圆圈相对于其他圆圈的相对方向是否相同？ 如果是这样，则方向已在该地图区域中保持不变。
额外内容： 你创建的投影类似于经常用于创建世界地图的墨卡托投影。找到墨卡托投影世界地图并比较北美洲和非洲的大小。在完成此活动并查看墨卡托世界地图后，你会得出结论北美洲比非洲大、比非洲小、大小大致相等，还是你没有足够的信息来比较它们的大小？
[中断]
观察和结果
地图上的圆圈大小不再相同了吗？它们仍然是圆圈吗？
由于气球的某些部分比其他部分拉伸得更多，因此地图上圆圈的大小不再相同。这表明相对大小和距离在此投影中被扭曲。赤道（或任何其他纬度线）上的圆圈在大小上仍然大致相等，这表明位于同一纬度线上的特征可以在大小上进行比较。相对于赤道的大小，放大倍数随着你远离赤道而变得更加突出，并且在两极处最为极端。这解释了为什么墨卡托投影在比较大小或距离时会提供误导性信息。（请注意，你无法将你的所有发现外推到墨卡托投影。你刚刚创建的气球地图显示了边缘的变形，这些变形不会出现在墨卡托投影中。）
在你的投影中，大多数圆圈仍然看起来像圆圈，这表明形状在地图的这些区域保持不变，并且特征相对于彼此的方向也保持不变。然而，在真正的墨卡托投影中，经线是完全笔直的，并且方向被精确地保持，这使得它们在导航中特别有用。
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此活动由 Science Buddies 合作推出