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千辛萬苦測視差
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「我看到了一個極令人高興的奇景……一個異常地大，又呈完美圓形的點……」─英國天文學家霍羅克斯，1639年
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時至1857年，艾瑞擬出了一套觀測1874年金星凌日的計畫，到了1870年英國已經在建造所需的儀器。科學界也有一些類似的計畫正在進行中。當眾人引頸企盼的日子逐漸接近，各國派出的探險隊至少有俄國26組、英國12組、美國8組、法國和德國各6組、意大利3組以及荷蘭1組。「每一個想要維持或爭取科學聲望的國家，都站出來參與金星凌日這場天文盛事。」克勒克寫道。這些探險隊多采多姿的歷史，得用一本專書來記述；每一隊都有自己的故事，而每一隊都有著不同程度的成功或失敗。
美國海軍天文台（當時居美國天文界領導地位）的紐康（Simon
Newcomb）力促美國國家科學院研究這個問題。美國國會組成了「金星凌日委員會」，而紐康和海軍天文台的其它天文學家在當中扮演重要角色。委員會為1874年的凌日籌組了八支探險隊，三支在北半球、五支到南半球；國會慷慨撥給了17萬7000美元的資金，相當于今日的200萬美元以上。
每個探險隊都配備了精密的設備︰為了能目視觀察金星和太陽接觸的瞬間，研究人員使用的折射式望遠鏡，其上裝配的直徑12.7公分鏡片是由19世紀美國最好的望遠鏡商「克拉克父子」所制造；科學家也使用一種僅發明20年的儀器「太陽照相儀」來拍攝太陽影像。天文學家用鏡子將太陽光導入一架焦距為12.2公尺的固定水平望遠鏡，並緩緩轉動鏡子以保持太陽影像不動，結果望遠鏡拍下多張太陽影像，照片中的太陽直徑達10.2公分，讓天文學家可精確追蹤金星在太陽盤面的移動。
當時Scientific American也密切注意各個探險隊的進展，1874年9月26日出版的那一期報導指出，載送美國探險隊前往南半球的船艦斯瓦塔拉號，僅僅花了35天就由紐約抵達巴西。歐洲方面則大多選擇另一種拍攝配備︰焦距較短的小型望遠鏡。他們的器材設計能得到質量較高的照片，但是因為影像比美國團隊小，所以測量金星在太陽上的位置反而變得較為困難。
金星凌日終于在1874年12月9日發生，許多探險隊卻受天候不佳之苦。更糟的是，當天文學家分析以目視觀測的接觸時間點，他們很快地發現，結果並不比18世紀的記錄好。世界各地的問題都一樣。帶領觀測隊前往澳洲塔斯馬尼亞島荷巴特鎮的美國海軍天文台天文學家哈克尼斯表示︰「『黑滴』以及金星和地球的大氣再次導致一連串復雜的現象，持續了好幾秒，很難在那期間找出真正的接觸時間點。」
因此，照相觀測變得更加重要，但是這方面也令人失望。哈克尼斯回憶道︰「說歐洲天文學家拍攝的照片完全失敗的謠言，很快便甚囂塵上。」英國官方的報告宣稱︰「經過費力的測量和計算，再與望遠鏡觀測的結果相較之後，我們認為最好不要發表照片測量的結果。」就如哈克尼斯指出的，因為研究人員無法確定太陽盤面的邊緣，更不可能準確定出金星相對于太陽的位置︰「不管肉眼看起來照片上的太陽邊緣多麼清晰，只要用顯微鏡觀察，它就變得模糊而無法描繪；如果把照片放在測微計的精細規線之下，更完全看不出邊緣了。」法國人發表了他們的結果，但是附上很大的誤差。
所有的希望都集中到了美國探險隊上，他們用長焦距太陽照相儀獲得了約220張可測量的照相板。1881年，就在下一次凌日的前夕，美方發表太陽視差為8.883角秒。但是這些結果的誤差之大，使得很多天文學家（包括紐康）都認為金星凌日不是測定天文單位的好方法；但哈克尼斯卻沒有失去信心。美國利用國會追加的撥款，又派遣了八支探險隊觀測1882年的凌日。哈克尼斯花了將近10年的時間分析這次凌日的照片，結論是太陽視差的最佳估計值是8.809角秒，對應的地日距離是1億4934萬公里，而可能誤差為9.6萬公里。現今透過太空船觀測或其它方法精確得到的真正平均距離是1億4959萬7870公里（對應的太陽視差是8.794148）。
金星凌日的觀測對天文學史有多重要？雖然紐康所整理的天文常數系統（這套系統在20世紀大部份的時間里，廣為國際采用），所使用的太陽視差數值和哈克尼斯的相當接近，但相對于其它估計此數值的方法，紐康只給金星凌日很低的權重。他認為「黑滴」和其它的誤差，嚴重影響了藉由凌日估計天文單位的可行性。
有趣的是，「黑滴」作用的原因仍然是個很具爭議性的問題。18和19世紀學家把它歸咎于許多不同的原因，包括地球和金星兩者的大氣。但是當科學家用「過渡區及日冕探索者」（TRACE）衛星觀測1999年的水星凌日（水星沒有大氣，且TRACE是從遠在地球大氣上方進行觀測），他們仍然看到微弱的「黑滴」作用（見第41頁左圖）。雖然這個發現無法駁斥大氣作用強化「黑滴」的假設，但是真正的成因顯然另有其由。
由美國亞利桑那大學史都華天文台的史奈德（Glenn
Schneider）、威廉斯學院 霍普金斯天文台的帕沙可夫（Jay
M. Pasachoff）以及史密森尼天文物理觀測站的高魯普（Leon
Golub）共同領導的TRACE團隊，所獲得的結論是︰「黑滴效應」部份是由行星和太陽盤面之間的光學暈抹所造成。要看到類似的現象，你可以把拇指和食指靠得非常近，然後對著很亮的背景看兩根手指之間的細縫；即使兩根手指沒有踫在一起，它們之間仍會有個暗色帶。除此之外，太陽盤面邊緣亮度變暗也是造成「黑滴」的一大因素。TRACE的研究人員指出，在觀測即將發生的金星凌日時，也許可以用新的技術減輕這個效應。
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文章作者:Steven J. Dick
責任編輯:skylook
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