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罕见天象——金星凌日

（2004年06月04日 17:39:23） 来源：星友空间站

□作者: Steven J. Dick

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罕见天象，重现六月天！

撰文／狄克（Steven J. Dick）
翻译／傅宗玫

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文章作者:Steven J. Dick
责任编辑:skylook

这是1999年TRACE卫星观测没有大气时的水星凌日，它记录了「黑滴」的现象。

英国天文学家霍罗克斯（Jeremiah Horrocks）则发现，另一次金星凌日会发生在1639年12月4日（霍罗克斯写下的日期是11月24日，因为英国直到1752年才采行贵格利历）。他在位于利物浦附近马奇霍的家中架设了一支小望远镜；藉著把望远镜里的光线投射到纸上，他便能够看到放大的太阳影像。他一直到中午都没看到什么不寻常的东西，只好不情愿地离开，大概是去了教堂。等到他下午3点多回来的时候，他发现金星已经在太阳盘面上了！虽然霍罗克斯在日落之前只观察到凌日初期的30分钟左右，他估计金星视直径约为1角分，即贾山迪所量测的水星视直径的三倍。在马奇霍东南方40公里的曼彻斯特，霍罗克斯的朋友克莱布崔（William Crabtree）用一支类似的望远镜，在日落前看到了金星凌日。就我们所知，目睹这次事件的，仅有霍罗克斯和克莱布崔两个人。 1761和1769年的金星凌日，则是严肃得多的科学所观测的目标。这时，英国皇家天文学家哈雷（Edmond Halley，最为人所知的是以他为名的彗星）已经设计出一套详细的方法，利用金星凌日来计算地球到太阳之间的距离（现在称为「天文单位」）。如果科学家能够由地球表面两个以上、纬度差距甚远的地点观察凌日过程，那么每个观察者会看到金星以稍微不同的路径横过太阳。因为每条路径都是一条弦（连接太阳盘面边缘两点的直线），天文学家便能比较凌日持续的时间，而计算路径间的角差。这个角差称为金星视差，可以做为地球和金星距离的指标，因为两个数值互成反比。想了解这个原理，你可以试著把一只手指放在面前，然后轮流用左右眼看它。手指离你愈近，当你轮流用左右眼看时，相对的位移就愈明显。

水星虽然每百年会发生13~14次的凌日，但却不适用于哈雷的视差法或后来天文学家的其它改良方法。因为水星离地球太远，角差太小而无法准确测量。即使是距离近得多的金星，这个测量也不容易；必须要知道观测站确实的地理位置，且要能准确测定凌日时金星和太阳发生四次接触的时间（第一和第二次接触发生在初切，即金星的盘面由外然后再内接触到太阳盘面；第三和第四次接触发生于终切）。但这些观测潜在的报酬是很可观的。天文学家已经由克卜勒的行星运动定律知道所有行星和太阳的相对距离，所以他们能够由金星视差计算出太阳视差，让科学家得以估计地球与太阳的距离，以及整个太阳系的尺度。

不幸的是，1761年凌日得到的观测结果并不如预期的好：测量到的太阳视差范围是8.3~10.6角秒。1769年的观测结果范围则缩小许多，在8.43~8.8角秒间，这使得天文单位的估计值约在1.50~1.56亿公里之间。1769年的观测者之一是当时美洲殖民地最杰出的科学家李滕豪斯（David Rittenhouse），他由望远镜看出去之后兴奋得昏厥。英国探险家库克船长（James Cook）在奋进号的首趟旅程，主要目的就是在探索南太平洋的同时观察金星凌日。库克和他的船员成功进行了观察，地点就在大溪地一个今日仍叫做金星岬的地方和附近两处地点。但是库克回报了一个令其它观测者也困扰不已的麻烦问题：判定金星和太阳接触的确切时间相当困难，因为两者的边缘似乎有好几秒钟是相连的。这个现象后来被称为「黑滴效应」，库克猜测是由「金星周围的大气或尘埃云」造成的。

1824年德国天文学家恩克（Johann Franz Encke）分析了18世纪两次凌日的结果，他的结论是太阳视差为8.58角秒，对应的太阳平均距离是1.53亿公里。但是30年后，丹麦天文学家韩森（Peter Andreas Hansen）提出辩驳，根据太阳重力对月球运行的扰动，太阳应当要比上述的估计值近得多。此一说法于1862年又进一步得到支持，当时量测的火星视差（由比较相距甚远的两观察点所看到的火星位置得出）推算的天文单位约在1.46~1.49亿公里间。因此到了19世纪金星凌日前夕，地球和太阳的距离仍是个极不确定的数值。英国皇家天文学家艾瑞（George B. Airy）在19世纪中叶说，测定太阳视差乃「天文学中最崇高的问题」。19世纪一位天文史学家克勒克（Agnes Mary Clerke）写道，太阳视差是「丈量宇宙的标准……天文学里至为重要的基础数值，是空间的单位，其估计值若有任何误差，就会在行星和恒星系统里以数千种不同方式加乘、重复。」

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