“地理学之父”埃拉托斯尼
自从有人相信大地是个圆球，关于它的大小，便是人们渴望知道的问题了。早在2000多年前的古希腊就有人用简单的测量工具计算出地球的周长，他就是被称为“地理学之父”的埃拉特斯尼。
公元前275年，埃拉托斯尼生于希腊位于非洲北部的昔勒尼（在今利比亚）。他在昔勒尼和雅典接受了良好的教育，成为一位博学的哲学家、诗人、天文学家和地理学家。公元前234年，埃拉托斯尼当上了亚历山大里亚图书馆馆长。当时，亚历山大里亚图书馆是古代西方世界的最高科学和知识中心，那里收藏了各种古代科学和文学论著。埃拉托斯尼一边研究馆藏丰富的地理资料和地图，一边进行考察，终于写出了《地球大小的修正》和《地理学概论》两部著作。
地球圆周的计算方法被记载在《地球大小的修正》一书中。在埃拉托斯尼之前，也曾有不少人试图进行测量估算，但他们大多缺乏理论基础，计算结果很不精确。埃拉托斯尼天才地将天文学与测地学结合起来，第一个提出设想：在夏至日那天，分别在两地同时观察太阳的位置，并根据地物阴影的长度之差异，加以研究分析，从而总结出计算地球圆周的科学方法。这种方法比前人习惯采用的单纯依靠天文学观测来推算的方法要完善和精确得多，因为单纯天文学方法受仪器精度和天文折射率的影响，往往会产生较大的误差。细心的埃拉托斯尼发现：离亚历山大城约800公里的塞恩城（今埃及阿斯旺附近），夏日正午的阳光可以一直照到井底，因而这时候所有地面上的直立物都应该没有影子。但是，亚历山大城地面上的直立物却有一段很短的影子。他认为：直立物的影子是由亚历山大城的阳光与直立物形成的夹角所造成。从地球是圆球和阳光直线传播这两个前提出发，从假想的地心向塞恩城和亚历山大城引两条直线，其中的夹角应等于亚历山大城的阳光与直立物形成的夹角。按照相似三角形的比例关系，已知两地之间的距离，便能测出地球的圆周长。埃拉托斯尼测出夹角约为7度，是地球圆周角360度的五十分之一，由此推算地球的周长大约为4万公里，这与实际地球周长40076公里相差无几。此外，《地球大小的修正》一书还包括了埃拉托斯尼计算出的赤道的长度、回归线与极圈的距离、太阳和月亮的大小、日地月之间的距离，等等。他算出的太阳与地球间距离为1.47亿公里，和实际距离1.49亿公里也惊人地相近。
埃拉托斯尼的《地理学概论》一书分三卷：第一卷先是一段简短的绪言，对地理学的产生和发展作了历史的回顾，然后着重阐述地球的结构和演变以及潮汐、海峡中的海流等水的运动；第二卷为数理地理学，主要探讨天空、大地和海洋的形状和结构、地球的区域和地带的划分以及已知世界的范围等问题；第三卷是论述世界地图的改绘，包括一幅新编绘物世界地图以及区域描述。
埃拉托斯尼的测量地球周长的实验被认为是人类历史上最有意义的物理实验之一。同时他也是世界上最早把物理学的原理与数学方法相结合的科学家，在他的影响下，地理学在不久后又兴起了一门新学科——数理地理学。他创用的“地理学”一词，也被后世广泛使用，最终成了国际通用的专业名词。由于埃拉托斯尼在地理学方面有突出的成就，所以被后世誉为“地理学之父”。
立竿测影是古代中国天文学观测天体位置、勘定地体方位、划分节气、定立时刻制度不可缺少的方法之一。埃拉托斯尼实际上就是利用立竿测影的方法计算出了地球周长。由此可见，对已有知识进行科学的整理与发掘，也可能会获得新的重大发现。
托勒密眼中的世界
2006年10月，一本估价高达150万英镑的地图集出现在伦敦的索思比拍卖行。这是500多年前出版的世界首本印刷地图集，人们之所以对它有如此高的期望，除了历史久远且世上仅存两本等原因之外，还在于绘制这些地图的是公元2世纪的古希腊地理学家托勒密。
托勒密生于埃及，但他的父母都是希腊人。公元127年，年轻的托勒密被送到埃及亚历山大城去求学。在那里，他阅读了不少的书籍，并且学会了天文测量和大地测量。同当时的绝大多数学者一样，托勒密认为地球是球体，并提出了三点理由：（1）如果地球是扁平的，那么全世界的人将同时看到太阳的升起和落下。（2）我们向北行进，越靠近北极，南部天空越来越多的星星便看不见了，同时却又出现了许多新的星星。（3）每当我们从海洋朝山的方向航行时，我们会觉得山体在不断地升出海面；而当我们逐渐远离陆地向海洋航行时，却看到山体不断地陷入海面。后来，托勒密利用前人积累和他自己长期观测得到的数据，提出了自己的宇宙结构学说——“地心说”。这一理论较为圆满地解释了当时观测到的行星运动情况，并取得了航海上的实用价值，从而被人们广为信奉。此后，欧洲教会利用托勒密的地心体系作为上帝创造世界的理论支柱。在教会的严密统治下，人们在一千多年中未能挣脱地心体系的束缚。直到16世纪中叶，哥白尼提出了日心体系，并为后来越来越多的观测事实所证实，“地心说”才逐渐被抛弃。
托勒密一生主要有两部巨著，其中一部就是提出了“地心说”理论的《天文学大成》，另一部则是八卷本的《地理学指南》。在《地理学指南》这本书的前言中，托勒密将地图绘制分成两种。其中地区图编制着眼于小区域地图的绘制，例如村庄、城镇、农场、河流以及街道。而地理学意义上的绘图要更加关注大范围的地表现象，例如山脉、大江、大湖以及大城市。绘制这样的地图，需要借助天文学以及数学方面的知识，从而达到准确无误。
托勒密非常清楚，将球状的地球表面画到一张扁平的地图上意味着许多误差和扭曲，因此他创立了将球体图形投射到平面上的技术。在《地理学指南》一书中，第八卷的27张地图中欧洲10张，亚洲12张，非洲4张。托勒密画每张地图时，总是将地图正上方定为正北，这便是我们现在上北下南、左西右东的由来。在这本书的最后，托勒密谈到了地理位置的确定问题。他提出了一种等间距的坐标网格，把地球分成360度，每一度分成60分，每一分分成60秒。托勒密的这一体系使地图绘制者能够精确地确定物体在地球上的位置，可算得上是第一个明确提出经纬度理论的人。在他的理论中，纬度从赤道量起，而经度则从当时所知道的世界最西地点——幸运岛算起，这已经和今天的经纬度概念很接近了。由于当时条件的限制，“托勒密地图”与我们现在所看到的地图有不少出入。例如，地图上的苏格兰被挤向东部，出现在“德国海”里，而英格兰又细又长，一直延伸到比斯开湾。由于当时北美大陆还没有被发现，所以它不得不在地图上“缺席”。在托勒密的地图上，中国被称为“赛里斯”或“秦尼”。
在此后的一千多年时间里，托勒密所制作的地图一直被当做标准地理教科书。1477年，在托勒密版本地图的基础上，世界首本印刷地图集在意大利的博洛尼亚出版。100多年后，荷兰制图学家墨卡托的地图集出现了，这才结束了“托勒密地图”一统天下的地位。
对新事物有强烈的好奇心，不受原有理论的束缚，是取得成功的关键。虽然托勒密的地图与真实情况也有较大差异，但托勒密敢于大胆提出自己的思想，并且努力去寻求证据的精神是值得后人学习的。托勒密不相信当时人们认为的已知世界周围只是无边无际海洋的说法，正是他的这一信念，为后世的地理大发现开辟了理论上的可能性。
“制图学之父”裴秀
大约在托勒密去世几十年后，世界东方也诞生了一位伟大的地图学家——裴秀。如同托勒密的《地理学》成为现代数字制图学的开端，裴秀提出的“制图六体”也成为中国古代制图学体系的基石。不同的是，裴秀的“制图六体”是一种矩形网格的制图方法，没有经纬度和地图投影。
裴秀是河东闻喜（今山西省闻喜县）人，公元224年生于一个官宦家庭。他自幼好学，八岁时就能写文章，十岁时已崭露头角，得到了当时一些社会名流的赞赏。长大后，裴秀袭父爵，当上了朝廷名官。后来，裴秀跟随司马氏家族南征北战，成了西晋王朝的开国功臣。晋武帝司马炎代魏称帝后，裴秀当上了司空。这在当时是相当于宰相的高级官员。裴秀任司空的同时，还担负着“地官”的职务。“地官”的职责是管理国家的户籍、土地、田亩赋税和负责主持地图的编制等工作。这一职务使裴秀有机会接触到许多古代的地理和地图资料，使他对地图产生了极大的兴趣。他开始对古代地理和地图进行仔细整理和细心研究。
我国地理学起源很早，早在三四千年前的商、周时期，国家已经设置了专门掌管全国图书志籍的官吏。大约在春秋战国时期，出现了我国历史上第一部地理学名著——《禹贡》。到了魏晋期间，因为年代久远，《禹贡》中所记载的山川地名已经有很多变更。裴秀在详细考证古今地名、山川形势和疆域沿革的基础上，以《禹贡》为基础并结合当时晋朝的“十六州”而分州绘制的大型地图集，绘制了《禹贡地域图》十八篇，图上古今地名相互对照。该地图不仅是当时最完备、最精详的地图，而且更重要的是它采用了科学的绘制方法。这就是裴秀在《禹贡地域图》十八篇序文中所阐述的“制图六体”。
所谓的“六体”，实际上是裴秀提出的编制地图的六条原则：一为“分率”，用以反映面积、长宽之比例，也就是现在的比例尺；二为“准望”，用以确定地貌、地物彼此间的相互方位关系；三为“道里”，用以确定两地之间道路的距离；四为“高下”，也就是相对高程；五为“方邪”，即地面坡度的起伏；六为“迂直”，即实地高低起伏与图上距离的换算。裴秀认为，制图六体是相互联系的，在地图制作中极为重要。地图如果只有图形而没有分率，就无法进行实地和图上距离的比较和量测；如果按比例尺绘图，不考虑准望，那么在这一处的地图精度还可以，在其他地方就会有偏差；有了方位而无道里，就不知图上各居民地之间的远近，就如山海阻隔不能相通；有了距离，而不测高下，不知山的坡度大小，则径路之数必与远近之实相违，地图同样精度不高，不能应用。这六条原则的综合运用正确地解决了地图比例尺、方位、距离等问题，为编制地图奠定了科学的基础，对后世的地图学发展产生了极其巨大的影响。
裴秀在地图学方面的另一贡献，是他在制图六体的基础上创造出了“计里画方”的制图方法。所谓“计里画方”是按比例尺绘制地图的一种方法。绘图时，先在图上布满方格，方格中边长代表实地里数，相当于现代地形图上的方里网格；然后按方格绘制地图内容，以保证一定的准确性。裴秀感到原有的用八十匹缣制作的《天下大图》使用太不方便，就以“一分为十里，一寸为百里”的比例，用“计里画方”的方法将其缩小成了一幅《方丈图》。这幅《方丈图》对山脉、都市、乡村等地理要素都记载得很详细，而且携带也很方便。
自裴秀提出“制图六体”之后，一直为中国地图学者所遵循。可以说，在明末清初欧洲的地图投影方法传入中国之前，裴秀的“制图六体”一直是中国古代绘制地图的重要原则，对于中国传统地图学的发展有着极大的影响。因此，裴秀被地理学界推崇为中国传统地图理论的创始人。在世界地图学史上，也有着很高的地位。人们把他同欧洲学者托勒密并称为世界古代地图史上东西辉映的两颗明星。
“制图六体”的提出离不开前人的智慧。裴秀的制图理论和研究成果之所以大大超过前人，是善于学习、善于总结前人经验并能够把设想付诸行动的结果。在这个基础上，裴秀在中国地图发展史上竖起了一块不可磨灭的丰碑。
郦道元与《水经注》
水资源是人类生存的必要条件之一。我国江河湖海纵横交错，对军事战争、商业航运、农田灌溉和社会经济发展的各个方面都有重大的影响，地理学家们一直想摸清这份“家底”。北魏郦道元所著的《水经注》一书，就是我国古代最杰出的水文地理研究的成果。
郦道元大约出生在公元465年或公元472年。在少年时代，郦道元就对地理考察有着浓厚的兴趣。十几岁时，他随父亲到山东，经常与朋友一起到有山水的地方游览，观察水流的情况。当时，他们游历过临朐县的熏冶泉水，又观看了石井的瀑布。后来，郦道元在山西、河南、河北做官，经常乘工作之便和公余之暇，进行实地的地理考察和调查。凡是他走到的地方，他都尽力搜集当地有关的地理著作和地图，并根据图籍提供的情况，考查各地河流干道和支流的分布，以及河流流经地区的地理风貌。
通过实地的考察和对地理书籍的研究，郦道元深切感到前人的地理著作，包括《山海经》、《汉书·地理志》以及大量的地方性著作所记载的地理情况都过于简略。三国时有人写了《水经》一书，虽然略具纲领，但却只记河流，不记河流流经地区的地理情况，而且河流的记述也过于简单，并有许多遗漏。更何况地理情况不是固定不变的，随着时间的推移，地理情况也不断发生变化。例如，河流会改道，地名有变更、城镇村落有兴衰，等等，特别是人们的劳动会不断改变地面的风貌。因此历史上的地理著作，已经不能满足人们的需要了。郦道元决心动手写一部书，以反映当时的地理面貌和历史变迁的情况。在著书的过程中，郦道元选取了《水经》一书作为蓝本，采取了为《水经》作注的形式，因此取书名为《水经注》。
《水经注》写作的最大特点是以全国水道为纲，共分黄河、济水、淮河、污水（汉江）、长江五大水系。每一水系又按大小顺序，先叙述干流，再叙述大小支流。对每一条河流的发源、流经地区、交汇和所注入的河、湖、海域，以及沿河的风土人情、城市面貌，历史沿革、史事掌故等等都一一有详细的说明。《水经注》所记水文，分地表水和地下水。地表水共记1252条河流，几乎比《水经》扩大了10倍，所谓地下水是指井、泉和伏流，记有泉水30多处，伏流也有30多处。全书提纲挈领，体例分明、条理清楚、结构严谨，既为我们提供了丰富的水文历史地理资料，又开创了我国撰写水文地理研究著作体例的先河。
郦道元所记述的内容包括了全国各地的地理情况，还记述了一些国外的地理情况，其涉及地域东北至朝鲜的坝水（今大同江），南到扶南（今越南和柬埔寨），西南到印度新头河（今印度河），西至安息（今伊朗）、西海（今俄罗斯咸海），北到流沙（今蒙古沙漠）。可以说，《水经注》是北魏以前中国及其周围地区的地理学的总结。
