The Earth’s Coordinate System (Latitude and Longitude)
Ensimmäisenä askeleena reaalimaailman sisältämän tiedon siirtämisessä ”paperille” oli suunnitella järjestelmä, jossa kaikki asiat voitiin paikantaa yksiselitteisesti maailmassa.
Hyvin varhaisissa kartoissa (jotka yleensä osoittivat pieniä paikallisia tai alueellisia alueita) käytettiin ruudukkotekniikkaa, joka perustui siihen, että yksinkertaisesti mitattiin kiinnostavien pisteiden välinen etäisyys ja suunta ja piirrettiin nämä sitten ”paperille”. Tässä menetelmässä oletettiin, että maapallo oli litteä.
Nyt, kun oli päästy yleiseen yhteisymmärrykseen siitä, että maapallo oli itse asiassa pyöreä, oli kehitettävä erilainen menetelmä. Monien vuosisatojen aikana kehitettyä järjestelmää kutsutaan leveys- ja pituusasteiksi.
Laajuus- ja pituusasteiden paikantamiseen ja mittaamiseen liittyy olennaisesti monimutkaista matematiikkaa (erityisesti geometriaa) ja joukko kansainvälisiä sopimuksia ⁄ yleissopimuksia paikkojen tallentamiseksi maapallon pinnalla.
Laajuusasteet
leveysasteet
Ensimmäisenä kehitettiin leveysasteiden yleissopimus. Se perustuu pitkäaikaisiin tähtitieteellisiin havaintoihin siitä, miten auringon havaitaan liikkuvan maapallon pinnalla.
Näillä havainnoilla kehitettiin myös konventiot, joiden mukaan aurinko:
- nousee idässä ja laskee lännessä
- on Euroopan talvena etelässä ja Euroopan kesän aikana pohjoisessa.
Sopittiin siitä, että maapallon keskipisteen ympärillä kulkevaa linjaa kutsuttaisiin päiväntasaajaksi. Tämä numeroitaisiin nollaksi leveysasteeksi (0°). Päiväntasaajalta tunnustettiin sarja yhdensuuntaisia linjoja, joiden pohjoisinta ja eteläisintä pistettä kutsuttiin pohjoisnavaksi ja etelänavaksi. Nämä numeroitaisiin vastaavasti 90 astetta pohjoista leveyttä (90°N) ja 90° eteläistä leveyttä (90°S).
Lisäksi sovittiin neljästä merkittävästä leveyspiiristä. Nämä ovat:
- 0° – Päiväntasaaja
- 23,5° pohjoista leveyttä ja 23,5° eteläistä leveyttä – Tropiikit (joita pohjoisessa kutsutaan nimellä Syöpä ja etelässä nimellä Kauris)
- näiden kahden välissä aurinko on jollakin vuodenaikavälillä suoraan auringon yläpuolella
- kummallakaan näistä aurinko ei ole koskaan suoraan auringon yläpuolella
- 66.5° pohjoista leveyttä ja eteläistä leveyttä – Napapiirit
- 90° pohjoista leveyttä ja eteläistä leveyttä – Navat
- Napojen ja napapiirien ulkopuolella on kesällä mahdollista 24 tuntia päivänvaloa (keskiyön aurinko) ja talvella 24 tuntia ilman päivänvaloa.
Koska leveyspiirien linjat ovat kuin viiltoja maapallon halki, ne ovat eripituisia. Esimerkiksi:
- päiväntasaaja on 40 075 kilometriä pitkä
- Etelänapa on 17 662 kilometriä pitkä
- Etelänapa on 0 kilometriä pitkä.
Läpinäkyvistä syistä leveyspiirejä kutsutaan leveyspiireiksi.
Pituuspiiri
Pituuspiirin määrittäminen oli paljon vaikeampaa, koska se ei voinut perustua havaintoihin auringon liikkeestä. Siihen vaikutti osittain magneettisen pohjoisen löytäminen, mutta viime kädessä pituusaste perustuu enimmäkseen abstrakteihin matemaattisiin/geometrisiin käsitteisiin.
Konventio, johon lopulta päädyttiin, oli sarja säteileviä viivoja, jotka kulkevat pystysuoraan maapallon ympäri. Ne yhdistyivät molemmissa päissä – eli pohjoisnavalla ja etelänavalla. Tämän seurauksena syntyy sarja ”viipaleita”, jotka muistuttavat paljon appelsiinin viipaleita. Nämä ovat päistään teräviä ja keskeltä leveimpiä.
Sovittiin, että olisi määriteltävä ensisijainen pituuspiiri ja että sen olisi oltava nolla astetta (0°) pituutta.
Kaukaa ei päästy yksimielisyyteen siitä, mikä pituuspiiri olisi ensisijainen. Ilmeisistä uskonnollisista syistä varhaisissa eurooppalaisissa kartoissa käytettiin usein Jerusalemia ensisijaisena pituusviivana. Muut varhaiset kartantekijät, kuten Ptolemaios, olivat käyttäneet Egyptissä sijaitsevaa Aleksandriaa, koska se oli oppimiskeskus. Yleisemmin monet maat valitsivat kuitenkin isänmaallisista syistä jonkin kaupunkinsa. Muutamia eurooppalaisia esimerkkejä ovat Kööpenhamina, Madrid, Pariisi ja Pietari, kun taas Yhdysvalloissa oli valittu Washington ja Philadelphia.
Lokakuussa 1884 kansainvälisessä meridiaanikonferenssissa sovittiin, että Yhdistyneessä kuningaskunnassa Greenwichissä sijaitsevan kuninkaallisen observatorion kautta kulkeva pituuspiiri otettaisiin vakioperiaatteelliseksi ensisijaiseksi pituusviivaksi.
Idässä ja lännessä säteilevän pituuspiirin pituuspiiri olisi 180°. Nämä kohtaisivat maapallon vastakkaisilla puolilla ja muodostaisivat yhteisen 180° pituuspiirin (180°E ja 180°W olisivat sama linja).
Pituuspiirien linjoja kutsutaan meridiaaneiksi.
Lisää nämä kaksi yhteen
Yhdistämällä leveys- ja pituusasteet toisiinsa saamme järjestelmän, jonka avulla minkä tahansa Maan pinnalla olevan piirteen sijainti voidaan kirjata yksiselitteisesti.
Joidenkin jargonien selittäminen – pallonpuoliskot
Leveys- ja pituusasteiden käsitteen luominen johti maapallon pallonpuoliskojen käsitteen luomiseen. Nämä ovat:
Joitakin jargonin selityksiä – pohjoisnapa
Pohjoisnavoja on kaksi:
Ensimmäinen on maantieteellinen (tai todellinen) pohjoisnapa:
- Se on piste maapallolla, joka lasketaan pohjoisemmaksi pisteeksi, joka on kauimpana päiväntasaajasta
- Se on määritelty 90° pohjoista leveyttä
- Se sijaitsee keskellä Pohjoista jäämerta
Toinen on magneettinen pohjoisnapa
- Se on piste, johon magneettinen kompassi osoittaa.
- Se sijaitsee tällä hetkellä Kanadan aluevesillä Grönlannin länsipuolella. Se liikkuu hitaasti luoteeseen Jäämeren poikki. Arvioidaan, että se liikkuu noin 40 kilometrin nopeudella vuodessa, ja viimeisen sadan vuoden aikana magneettinapa on liikkunut huomattavat 1100 kilometriä.
- Tämä magneettinen vetovoima ja liike on seurausta maapallon sisällä olevista magneettisista voimista.
GisGeography-sivustolla on hyvä selitys siitä, miten maapallon magneettikenttä toimii, ja tietoa pohjoisesta magneettinavasta: http://gisgeography.com/magnetic-north-vs-geographic-true-pole/ .
Loppujen lopuksi on myös kaksi etelänapaa – maantieteellinen ja magneettinen. Magneettinen etelänapa on magneettinen, mutta se on hyvin heikko ja sitä on vaikea tunnistaa, vaikka olisit sen lähellä, minkä vuoksi magneettikompassit osoittavat harvoin eteläiseen magneettinavaan. Lue lisää etelänavoista Australian Antarctic Divisionin verkkosivuilta http://www.antarctica.gov.au/about-antarctica/fact-files/geography/poles-and-directions
Jotain jargonia selittävää – Suurympyrät
Mitä tahansa ympyränmuotoista linjaa, joka kulkee maapallon ympäri sen lihavimmassa kohdassa, kutsutaan suurympyräksi. Tämän ympyrän on keskityttävä maapallon keskipisteeseen. Huomaa seuraava:
- Kaikki pituuspiirit ”kulkevat molempien napojen kautta” ja jokainen niistä on siis puolikas suurympyrä
- Leveyspiirien osalta vain päiväntasaaja on suurympyrä
- Muut suurympyrät voivat sijaita missä tahansa kulmassa maapallon päällä – ainoa rajoitus on, että niiden keskipisteen on oltava maapallon keskipiste
Miksi hössötetään suurympyröistä? Vastaus on, että minkä tahansa maapallon pinnalla olevan kahden pisteen lyhin etäisyys näiden pisteiden välillä on aina suurympyrän suuntainen. Kun katsot karttaa, suurympyrä ei yleensä ole suora linja. Tämä johtuu vääristymistä, jotka syntyvät, kun maapallon pinta projisoidaan ”litteälle paperille”.
Erittelyä jargonista – Aikavyöhykkeet
1890-luvulle asti ajanotto oli paikallinen asia. Useimmat ihmiset säätivät päivänsä auringon liikkeen – auringonnousun, keskipäivän ja auringonlaskun – mukaan. Vain rikkailla oli varaa kelloihin, ja monissa paikoissa kaupungintalon kellot tai kirkonkellot olivat ainoa virallisen/johdonmukaisen ajan lähde.
1800-luvun lopulla pitkän matkan rautateiden kehittyessä syntyi ongelma – niiden oli kuljettava aikataulun mukaan, ja epäjohdonmukaiset kellonajat aiheuttivat merkittäviä ongelmia. Vuonna 1878 kanadalainen Sir Sanford Fleming ehdotti maailmanlaajuista aikavyöhykejärjestelmää, joka perustui pituuspiireihin. Käyttämällä 15°:n levyisiä pituusvyöhykkeitä hän pystyi jakamaan maapallon 24 aikavyöhykkeeseen (yksi kullekin vuorokauden tunnille).
Järjestelmän alkupisteeksi valittiin 0°:n pituussuuntainen pituuspiiri (Greenwichin pituuspiiri) ja loppupisteeksi 180°:n pituuspiiri. Itään päin aika muuttui asteittain vuorokauden myöhemmäksi ja länteen päin aika muuttui asteittain vuorokauden aikaisemmaksi. Tämä johti mielenkiintoisen ilmiön syntymiseen 180° pituuspiirin kohdalle – kansainväliseen päivämäärälinjaan.
1900-luvun puoliväliin mennessä tästä oli tullut sovittu kansainvälinen järjestelmä, vaikkakin jotkin maat ovat aikavaihtelujen minimoimiseksi valinneet tietyn kellonajan koko maalleen – riippumatta siitä, missä pituussuuntaiset linjat kulkevat.
Tässä kartassa huomioitavaa on muun muassa:
- Miten aikavyöhykkeet yksittäisissä maissa vastaavat niiden kansainvälisiä tai valtioiden rajoja – esim:
- Kiina, joka ylittää viisi aikavyöhykettä, on päättänyt käyttää vain yhtä aikaa
- Australia ja Yhdysvallat ylittävät useita aikavyöhykkeitä, ja ne ovat päättäneet käyttää näitä aikoja – mutta ne on sovitettu osavaltioiden/alueiden rajoihin
- Ranska ja Espanja, jotka ovat samalla aikavyöhykkeellä kuin Yhdistynyt kuningaskunta, ovat päättäneet käyttää viereistä aikavyöhykettä – kuten muutkin Manner-Euroopan maat
- Kansainvälinen päivämäärälinja ei noudata täysin 180°:n pituussuuntaista linjaa – pikemminkin se kiertää siksakkia ja siksakkia eri maiden rajojen ympäri.