核心概念
地球科學
地圖
製圖學
導言
你有沒有花時間看世界地圖，想象著去遙遠的地方旅行？也許你能看到自己繪製新發現的地圖以及沿途的旅程。但是地球本身是圓的，那麼你如何建立精確的平面地圖呢？縱觀歷史，世界各地的製圖師都找到了建立地球平面地圖的不同方法。沒有一種方法可以完全代表現實，但每種方法都對特定目的有用。試試這個活動，看看今天的製圖師如何幫助過去的探險家！
背景
繪製小區域的地圖可能相對容易；然而，繪製整個地球的平面地圖則完全是另一項挑戰。製圖師（地圖製作者）找到了各種方法來建立世界平面地圖。這些被稱為投影。他們是如何做到的？有幾種方法可以做到，但每種型別的投影都會以某種方式扭曲現實。科學家使用蒂索指示圓來量化建立地圖時引入的變形。你將在這個活動中做類似的事情。你將在你的“地球”（氣球）上繪製大小相同的圓圈，建立類似於墨卡託投影型別的投影，並研究平面地圖上圓圈在面積、形狀和距離上的變形情況。你會驚訝於你的圓圈在平面地圖上的樣子！
材料
覆蓋有牛皮紙或其他保護材料的表面
中等大小的氣球（例如，12 英寸的氣球）
瓶蓋（例如塑膠水瓶上的瓶蓋）
永久性記號筆（中等粗細效果最佳）
剪刀
六個圖釘
紙板，20 釐米 x 25 釐米或更大（應為厚紙板或兩層普通紙板，以使圖釘不會穿透。）
兩位助手（這項活動可以單獨完成，但有助手更容易。）
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準備工作
你將使用氣球來代表這項活動中的地球。將氣球吹到大約半滿並繫好。氣球的頂部和結分別代表北極和南極。
如果你願意，可以使用永久性記號筆在氣球頂部標記“N”，在結上標記“S”。這將提醒你每個極點的位置。
用永久性記號筆在氣球上畫一條赤道。地球的赤道是圍繞其中心的假想線，它與北極和南極等距（距離相同）。（注意：一旦你的記號筆線畫好，始終將氣球放在牛皮紙或紙板上，以避免在工作表面上留下髒印。）
用永久性記號筆在氣球上畫四條等距的經線。經線是穿過地球的假想線，連線北極和南極。它們垂直於赤道（成直角）。
看：這個氣球與真正的地球儀有什麼相似之處？它與真正的地球儀有什麼不同？
步驟
受到科學家使用的方法（如蒂索指示圓法）的啟發，你將在整個地球（氣球）上繪製相同大小的圓圈，建立一個投影（平面地圖）並研究其變形。
首先繪製一個圓圈，圓心位於赤道和經線的交點處。為此，將瓶蓋放在氣球上，並用永久性記號筆沿其邊緣描畫。
現在在赤道與另外三條經線的交點處繪製類似的圓圈。你現在在你的地球儀上有四個圓圈。
在赤道上再新增四個圓圈，這些圓圈在已繪製的四個圓圈之間等距分佈。
在北極（氣球頂部）和南極（結周圍區域）新增一個圓圈。
在北半球新增八個圓圈，大約在赤道和北極之間的中間位置，每對經線之間有兩個圓圈。你注意到這些圓圈位於同一緯度線上嗎？
對南半球重複上一步。你現在在你的地球儀上總共繪製了 26 個圓圈。
檢查你的地球儀。圓圈是如何分佈的？赤道上的圓圈是否等距分佈？赤道和每個極點之間的圓圈呢？ 請注意，這些圓圈也位於同一緯度線上。所有圓圈都等距分佈嗎？
用剪刀在氣球上靠近結的地方剪一個小孔。讓氣球自行放氣，而不是弄破它！
小心地沿著從南極（結）到北極的經線剪開放氣的氣球，但在氣球的最頂部稍稍停下。（在最頂部切割會增加氣球在稍後步驟中拉伸時撕裂的風險。）
接下來，你將透過拉伸放氣的氣球形成矩形的平面地圖來建立地球的投影，並繪製圓圈。你認為圓圈在你的投影中會是什麼樣子？
將紙板放在你工作區域的前面。將圖釘放在觸手可及的地方。
拉伸氣球使其變平，並儘可能接近矩形形狀。（有助手會更容易。）一個人可以握住一側，而另一個人握住氣球的另一側。儘量使赤道變直，經線儘可能直。（注意：不要過度拉伸氣球，因為這可能會撕裂它。）當你拉伸氣球時，圓圈的形狀和大小如何變化？此外，你為什麼要將其拉伸成矩形？你認為為什麼你應該在投影中保持赤道和經線筆直？
共同努力將拉伸的氣球釘在紙板上。（注意：務必將圖釘稍微向外傾斜或遠離氣球插入。）直接向下或彩色尖端向內指向的圖釘可能會因氣球中的張力而彈出。
有時氣球可能會在此過程中撕裂。如果確實撕裂了，請用手指握住撕裂的邊緣進行觀察。額外的圖釘有時可以幫助固定撕裂的氣球。
檢查你的平面地圖，特別是圓圈的大小。所有圓圈的大小仍然相同嗎？如果不是，你能找到地圖上它們大小相同的區域嗎？ 記住，當你的地球儀充氣時，所有圓圈的大小都相同。
再次研究你的平面地圖，現在專注於圓圈之間的距離。圓圈之間的距離仍然相同嗎？ 記住，赤道上的圓圈彼此等距；赤道和每個極點之間的圓圈也是如此。此外，北半球和南半球的圓圈繪製在赤道和每個極點之間的中間位置。在你的平面地圖上仍然是這種情況嗎？
再次檢視你的平面地圖，現在專注於圓圈的形狀。所有圓圈看起來仍然像圓圈嗎？你的觀察結果是否表明你的地圖存在變形？ 記住，你開始時使用的是大小相同的圓圈。
額外內容： 調查圓圈的相對方向（相對於彼此）是否在你的投影中保持不變。你將如何根據地圖上的北方、東北方等來描述一個圓圈相對於另一個圓圈的方向？這與你原本描述地球儀上該圓圈相對於其他圓圈的相對方向是否相同？ 如果是這樣，則方向已在該地圖區域中保持不變。
額外內容： 你建立的投影類似於經常用於建立世界地圖的墨卡託投影。找到墨卡託投影世界地圖並比較北美洲和非洲的大小。在完成此活動並檢視墨卡託世界地圖後，你會得出結論北美洲比非洲大、比非洲小、大小大致相等，還是你沒有足夠的資訊來比較它們的大小？
[中斷]
觀察和結果
地圖上的圓圈大小不再相同了嗎？它們仍然是圓圈嗎？
由於氣球的某些部分比其他部分拉伸得更多，因此地圖上圓圈的大小不再相同。這表明相對大小和距離在此投影中被扭曲。赤道（或任何其他緯度線）上的圓圈在大小上仍然大致相等，這表明位於同一緯度線上的特徵可以在大小上進行比較。相對於赤道的大小，放大倍數隨著你遠離赤道而變得更加突出，並且在兩極處最為極端。這解釋了為什麼墨卡託投影在比較大小或距離時會提供誤導性資訊。（請注意，你無法將你的所有發現外推到墨卡託投影。你剛剛建立的氣球地圖顯示了邊緣的變形，這些變形不會出現在墨卡託投影中。）
在你的投影中，大多數圓圈仍然看起來像圓圈，這表明形狀在地圖的這些區域保持不變，並且特徵相對於彼此的方向也保持不變。然而，在真正的墨卡託投影中，經線是完全筆直的，並且方向被精確地保持，這使得它們在導航中特別有用。
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此活動由 Science Buddies 合作推出