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金星凌日

太陽和地球之間的金星遮蔽一小部分太陽對地輻射的天文現象
本条目介绍的是从地球观测到的金星凌日，有关从太阳系其他行星观测到的金星凌日，请参见金星凌日 (火星)、金星凌日 (木星)、金星凌日 (土星)、金星凌日 (天王星)以及金星凌日 (海王星)；有关1874年电影，请参见金星凌日 (1874年电影)。

金星凌日是指太阳和地球之间的行星金星像暗斑一样掠过太阳盘面，并且遮蔽一小部分太阳对地辐射的天文现象。这类天文现象可能会持续数小时。金星凌日的原理与月球造成的日食一样。虽然金星的直径几乎是月球的3.5倍，但由于它离地球更远，因此它遮蔽的太阳面积就非常小。科学家可以通过观察金星凌日估算太阳和地球之间的距离。在火星、木星、土星、天王星及海王星等地外行星同样可以观察到行星凌日这一天文现象[1][2][3]。

171埃（17.1纳米）
The sun in orange, as seen from the visible spectrum, with Venus in the top left quadrant
连续可见光谱
2012年金星凌日的伪彩色紫外线的，和可见光的光谱影像，取自NASA太阳动力学天文台.
美国国家航空航天局太阳动力学天文台航天器拍摄的2012年金星凌日

金星凌日是种罕见的天文现象[4]。在最近的近两千年时间里，它会以243年的周期循环往复：一个周期内会出现间隔8年的两次金星凌日；这对金星凌日与前后两次金星凌日的相隔时间分别为121.5年或105.5年。之所以会存在这种周期性规律，是因为地球和金星恒星轨道周期比约为8:13或243:395。最近两次金星凌日发生在2004年6月8日和2012年6月5日至6日。之前一次金星凌日要追溯到1882年12月，下一次则要等到2117年12月才会到来[5][6][7]。

金星凌日观测在历史上曾经有极为重要的科学意义。天文学家曾经利用金星凌日的观测结果，结合恒星视差原理，获得了比之前更为精确的天文单位的数值[8]。2004年和2012年的金星凌日探测对于寻找太阳系外行星以及探测系内行星环境等方面的研究都有所助益[9]。

金星凌日虽然用肉眼可以观测到，但为了安全起见，最好采用观测日食时使用的蒸镀有铝、铬或是银涂层的减光滤片观测。不过滤片也不能将有害光完全滤去，因而最好在观测过程中时常休息。使用望远镜观测时，为了降低失明风险，务必采用减光滤镜或是通过投影间接观测[10][11][12][13]。

凌日过程 编辑

参见：凌 (天体)

在凌日过程中，金星会像小黑斑一样自东向西穿过太阳表面，同时像日食中的月球那样遮蔽部分太阳辐射。发生日全食时，月球的视直径与太阳的相等，约为30′。凌日过程中，金星视直径为1′左右，不足太阳视直径的1/30。尽管金星半径与地球近似相等，约为月球的4倍，但金星与地球最近距离也为4,100万千米左右，比地月平均距离要大一百多倍，因而其视直径也就要比日全食时的月球小很多。[2][14][15]

 
金星凌日过程示意图

凌日开始前，金星会缓缓接近太阳东侧。但由于此时是金星夜半球一侧面向地球，因而地球上的观测者并不能看到这一过程。随后金星开始从外侧接触太阳。这一时刻叫作“第一接触”。金星接着开始进入太阳表面。其刚好进入太阳内侧的时刻称作“第二接触”。第一接触与第二接触之间相隔30分钟左右。在这之后，金星向西穿过太阳表面。其中，金星与太阳表面中心距离最近的时刻叫作“凌甚”。金星开始接触到太阳表面另一侧边缘的时刻叫作“第三接触”。第二接触与第三接触的间隔时间会随着金星穿过太阳表面路径不同而有所变化。2004年与2012年的金星凌日中两者间隔6小时左右。金星刚好完全离开太阳表面的时刻叫作“第四接触”。第三接触与第四接触间隔时间约为30分钟。由于金星凌日历时较长，过程中日出或日落时有发生，因而能够观测到全过程的地方有时十分有限。[16][17][18][19][20][21][22]

第二接触之后以及第三接触之前会有一段时间，地球上的观测者可能看到金星会像太阳边缘附近的水滴一样。这种现象叫作“黑滴现象”。天文学家曾经由于这种现象很难精准确定第二接触与第三接触的准确时刻。但近年的观测过程中并没有出现这一现象，因而其有可能只是由仪器存在的失焦等缺陷造成的。[14]

产生条件与周期规律 编辑

 
金星和地球的公转轨道平面关系图

尽管太阳、金星和地球每隔584天就会大致排成一线，但由于金星公转轨道平面与地球公转轨道平面成3.4度的倾角，因此金星在三者大约成一条直线的时候，通常会从太阳上方或下方通过。金星只有在下合经过地球公转轨道平面的时候才有可能发生凌日现象。一般当地球太阳连线与金星太阳连线夹角小于0.25°（太阳视直径的一半）时，金星凌日就会发生。不过即使在下合时，金星还是有可能从太阳上方或下方9.6°远处掠过。[23][24]

地球243个恒星轨道周期（一个周期约365.25636日）约为88,757.3日，与金星395个金星恒星轨道周期（一个周期约224.701日）的总和88,756.9日几乎相等。因而一次金星凌日后243年一般会再次发生金星凌日。因此可以类比月食和日食的沙罗序列将相隔243年的金星凌日编为一个序列。由于每次地球与金星相对位置相同的周期与243年之间也存在一定偏差，也就是说相隔243年的两次金星凌日发生时，地球与金星的相对位置并不完全相同。经过相当长的时间后，地球与金星之间的相对位置可能不足以产生金星凌日，这个序列随即终结。一个序列的存在时间可能会相当长，比如始于前1763年、终于2854年的金星凌日序列就存在了4,600多年。[25][26]

凌日通常会成对出现，相隔时间约为8年。这是由于地球公转8次的时间（约2922.05日）与金星公转13次的时间（约2921.1日）基本相等，也就是说8年前后地球和金星的相对位置几乎相同。不过由于金星每次会提早22小时到合的位置以及误差累计，这种近似的行星合不足以产生第三次金星凌日。一般在一个序列终结或开始时就会出现不成对的金星凌日。上一个不成对的金星凌日出现在1396年（该次金星凌日属于4号序列，与之成对的6号序列金星凌日要到1631年才会开始），下一个将在3089年出现（该次金星凌日属于6号序列。与之成对的4号序列于2854年终结。2854年的金星凌日可能只有在南极洲能看到部分过程，其他地区则只能看到金星从太阳边缘擦过，或者根本无法看到）。[27][25]

最近1,700年（1396年至3089年）内存在的金星凌日序列有四个：3号、4号、5号以及6号。它们以4→3→5→6→4的方式循环出现，间隔分别为121.5年、8年、105.5年、8年。近期的金星凌日只在6月或12月发生。每次凌日发生的时间会缓慢变动：每243年会推后2天左右。[a][25][28]

观测史 编辑

古代和中世纪 编辑

 
新亚述时期记录金星运动周期的黏土板[29]

古希腊、古埃及、巴比伦、印度和中国的观测者都知道金星并记录过其运动。古希腊人曾认为出现在早上和黄昏的金星是不同的两颗行星——赫斯珀勒斯是昏星，佛斯福勒斯是晨星。[30][31][32][33]毕达哥拉斯后来发现它们是同一颗行星[34]。但是没有证据表明这些文明古国知道金星凌日这一现象[35]。金星在古美洲文化中，特别是玛雅文化，具有重要的地位。玛雅人将金星称作“大亮星”（Noh Ek）或“暴躁之星”（Xux Ek）。他们将金星具体化为他们的神：库库尔坎（在墨西哥的其它地区也称为库库马茨（英语：Q'uq'umatz）或克察尔科亚特尔，是有着羽毛的羽蛇神）。[36][37][38][39]德累斯顿手抄本中有玛雅人绘制的完整的金星周期表[40]。在玛雅潘中发现的壁画可能有对发生于12或13世纪的金星凌日的记录[41]。有关金星凌日现象的最早记载可能是来自阿拉伯哲学家法拉比，但他看到的很有可能是太阳黑子[42]。

17世纪 编辑

主条目：1639年金星凌日

德国天文学家约翰内斯·开普勒1629年预测了将于1631年发生的水星凌日与金星凌日。尽管依据他的计算结果，该次金星凌日最佳观测地会是美洲大陆，但他还是在1629年出版的小册子《难再盛年》（De raris mirisque Anni）中提醒欧洲的天文学家关注这次金星凌日。法国天文学家皮埃尔·伽桑狄等人观测到了水星凌日，但由于金星凌日发生时，对于欧洲大部分地区，太阳都在地平线之下，这些天文学家并没能观测到这次金星凌日。[43][44]

 
杰雷米亚·霍罗克斯观测1639年金星凌日（威廉·理查·拉凡德绘于1903年）

英国天文学家杰雷米亚·霍罗克斯对于1639年金星凌日的观测是首次留有记录的金星凌日科学性观测。他的朋友威廉·克拉布特里（英语：William Crabtree）也参与了此次观测。开普勒曾经预测1639年金星将从太阳边缘擦过，并不会凌日。霍罗克斯修正了开普勒的计算结果，得到1639年也将有金星凌日。他在该年的11月5日致信克拉布特里，告诉他金星凌日即将到来，并建议克拉布特里观测此次金星凌日。为了安全地观测金星凌日，霍罗克斯使用一台简单的望远镜将太阳影像投影在纸上。在观察了大半个白天后，他看到了金星在大约15:15，日落前半小时左右，行经太阳盘面。霍罗克斯利用他的观测记录估算了金星的体积。开普勒曾提出过这样一个猜想：太阳系行星的大小与它们和太阳的距离成正比。霍罗克斯利用金星大小的估计值以及伽桑狄此前对于水星大小的估计值，基于开普勒的猜想以及行星间距离的观测数据，得出了这样一个结论：从太阳那里观测到的行星视直径都为28″。这个结论等价于：行星与太阳间的距离是其半径的15,000倍。他基于这个结论估计太阳与地球的平均距离约为9400万公里。不过霍罗克斯的结论目前已被证明是错误的。他的计算结果尽管基于错误的前提且不到现代公认值1.496亿公里的三分之二，但已经是当时最准确的数值了。而这些结果直到霍罗克斯去世近20年后才于1661年出版。[43][45][46][47][48]

18世纪 编辑

 
爱德蒙·哈雷于1716年提交到皇家学会文章，其中展示了如何通过观测金星凌日计算日地距离。

1663年，苏格兰数学家詹姆斯·格雷果里提出可以在地球上几处相距遥远的地方观测水星凌日以计算太阳的视差，然后使用三角测量计算日地平均距离。爱德蒙·哈雷曾于1677年在圣赫勒拿岛上观测了一次水星凌日。他由此次观测经历得出太阳视差确实可以通过观测行星凌日精确测算。但对于实际测算来说，水星运行速度太快。因而哈雷认为距离地球更近，视差更明显的金星可能更适用于日地距离的测算。在其1716年发表的论文中，他建议各国科学家关注1761年以及1769年的金星凌日，并给出了适合观测的地点以及时间。不过哈雷在1761年金星凌日到来近二十年前即于1742年撒手人寰。[49][6][50][51]

法国天文学家约瑟夫-尼古拉斯·德利尔后来又改进了哈雷的方法。哈雷的方法需要完整记录金星凌日的持续时间，德利尔的方法则只需要记录第二接触和第三接触的时间。由于能够观测到金星凌日全程的地区非常有限，德利尔的方法也就扩展了观测地点的选择范围。德利尔后来再度向欧洲各地的天文学者发出了关注1761年金星凌日的倡议。[52][53][54]

1761年与1769年的金星凌日吸引了来自英国、法国、俄国和奥地利等国的天文学家前往几个前人甚少踏足的地方，例如南非、西伯利亚、北美洲、中美洲、印度洋以及太平洋等等，共同观测。考虑到当时的远洋航行的条件，这些科学家需要数月甚至数年的时间前往目的地。特别是对于1761年的金星凌日，当时英法两国在全球激烈的角逐为航程增添了变数。此外，精确的测算还需要确定观测地的经纬度。但经度的精准测定在当时仍是非常困难的。尽管存在种种困难，各国天文学家仍是合作完成了此次规模于国际天文学界前所未见的观测。[53][55][56][54]

1761年金星凌日 编辑

参与1761年金星凌日观测的天文学家大多来自英法两国。他们前往南印度洋、南太平洋、北美以及西伯利亚等地观测此次金星凌日。此时英法两国在七年战争中激战正酣。两国天文学家的观测活动都受到了战争的影响，例如英国人耶利米·迪克森（英语：Jeremiah Dixon）和查尔斯·梅森（英语：Charles Mason）原本要前往印尼的明古鲁省观测，但因途中船只受到法国攻击，只得中途落脚好望角观测此次金星凌日。法国的亚历山大·居伊·潘格雷（英语：Alexandre Guy Pingré）也在做观测后续工作时遭到了英国船只的骚扰。纪尧姆·勒让蒂（英语：Guillaume Le Gentil）更是因为两国的战争错失了观测的机会。还有部分观测者遭受到了恶劣天气以及疾病的影响，无法得到有用的数据，如前往圣赫勒拿岛的内维尔·马斯基林。不过，还是有些天文学家成功观测到了金星凌日的全程或者部分过程，比如迪克森与梅森，在西伯利亚托博尔斯克观测的让-巴蒂斯特·沙普·达奥特罗什以及在纽芬兰圣约翰斯观测的约翰·温斯罗普。[53][55]

 
米哈伊尔·瓦西里耶维奇·罗蒙诺索夫的1761年金星凌日观测记录中的图示。

俄国的米哈伊尔·瓦西里耶维奇·罗蒙诺索夫基于自己在圣彼得堡科学院对1761年金星凌日的观测结果发现金星存在大气层[57]。他的观测器材是两个消色差透镜和一个弱太阳滤镜（烟熏玻璃）。他在金星开始离开太阳盘面时观测到一道光的突起，即“罗蒙诺索夫的弧”。他还发现金星开始进入太阳盘面时，接触部分的太阳边缘会变得模糊。罗蒙诺索夫认为这些现象是太阳光通过金星大气层时发生折射造成的。[58]2012年，杰伊·帕萨切夫（英语：Jay Pasachoff）和威廉·希恩（William Sheehan）基于帕萨切夫等人2004年金星凌日的观测结果提出，罗蒙诺索夫当年所观测到的状况应该不是金星大气层造成的，而只是“黑滴现象”[59]。一组研究人员因此决定使用罗蒙诺索夫当年的老式折射望远镜观测发生于2012年6月5日至6日的金星凌日，以此作为决定性测试。该组天文学家认为罗蒙诺索夫1761年时使用的望远镜可以观测到金星进入和离开太阳盘面时在金星周围产生的“罗蒙诺索夫的弧”和其他光环效应，并认为这些效应确实是由金星大气层造成的。[60][61][62]

1769年金星凌日 编辑

参见：1769年金星凌日观测 (塔希提岛)
 
戴维·里滕豪斯的1769年金星凌日观测报告

1769年金星凌日的观测地点包括加拿大、下加利福尼亚半岛圣何塞得卡波（英语：San José del Cabo）、塔希提以及挪威等地[53][55]。威廉·威尔士（英语：William Wales (astronomer)）和约瑟夫·戴蒙德（Joseph Dymond）受皇家学会委托前往加拿大哈德逊湾观测[55]。美国哲学会在费城建立了三个临时观测站，并成立了以戴维·里滕豪斯为首的委员会统筹观测。观测结果于1771年在美国哲学会会报第一卷中一并出版。[63][64]让-巴蒂斯特·沙普·达奥特罗什和另外两位西班牙天文学家文森特·德道茨（Vicente de Doz）以及萨尔瓦多·德梅迪纳（Salvador de Medina）前往新西班牙圣何塞得卡波（英语：San José del Cabo）观测此次金星凌日，但观测结束后不久他们即染上黄热病身亡。28人的观测队伍中只有9人幸存。[55][65][66]匈牙利天文学家马克西米利安·黑尔（英语：Maximilian Hell）和他的助手亚诺什·沙伊诺维奇（英语：János Sajnovics）受丹麦国王克里斯蒂安七世的委任，前往挪威瓦尔德观测[55]。库克船长也在其首次环球航行（英语：First voyage of James Cook）途中在塔希提观测了金星凌日。观测地点现在称为“金星角”（Point Venus）。[67][68][69]

任教于海德堡大学的天文学家克里斯蒂安·迈尔（英语：Christian Mayer (astronomer)）接受叶卡捷琳娜二世的邀请，前往圣彼得堡和安德斯·约翰·勒克色尔（英语：Anders Johan Lexell）等人一起观测。其他受俄国资助的天文学家则在乌拉尔山地区以及里海北岸等地观测。[70]

纪尧姆·勒让蒂在1761年观测失败后并没有回国，而是留在落脚处毛里求斯。他在当地做了动物学、地理学以及人类学等方面的研究。1768年，经过一系列波折，他终于到达原本的目的地本地治里，却因为天气原因再度与金星凌日擦身而过。更为不幸的是，勒让蒂在回国后却发现由于他身死异国的谣言，妻子改嫁，财产被亲戚瓜分一空。他还失去了在法国科学院的席位。勒让蒂后来经由法律程序追回了部分财产。法国科学院也为他特别增设了一个席位。[55]

 
1769年金星凌日观测记录中描绘的黑滴现象

因为当时的技术无法克服我们今天知道的“黑滴现象”的影响，当时的天文学家无法得知凌日开始和结束足够准确的时间。这一现象长期以来被认为是金星稠密的大气层造成的，并且是金星存在大气层的证据之一。不过，近年的研究显示这一效应可能是来源于观测仪器存在的缺陷。[71][72][73]

1771年，法国天文学家热罗姆·拉朗德结合1761和1769年的金星凌日观测数据计算出1天文单位约等于1.53亿公里（误差±100万公里，约0.65%）。虽然误差由于黑滴效应的影响大于哈雷所期望的1/500（0.2%），但比霍罗克斯得到的数值仍是有大幅改进。[55]马克西米利安·黑尔也于1770年在哥本哈根发表了他的观测结果。但他的观测结果受到了拉朗德等人的质疑。[74][75]1824年，约翰·弗朗茨·恩克利用当时新测定的经度值以及最小二乘法，在1761年和1769年的观测记录基础上得出太阳视差为8.5776″[54][76]。这个数值在之后25年里一直是太阳视差的参考值[76]。

19世纪 编辑

1862年，阿萨夫·霍尔通过观测火星得到太阳视差为8.841″。由于这个数值与恩克此前的测定值相去甚远，19世纪的两次金星凌日对天文单位精确值的计算依然十分重要。[54]乔治·比德尔·艾里曾于1857年将天文单位的测定称作是“天文学中至高的问题”[77]。当时新近出现的摄影技术也被引入到观测活动中[76]。法国的皮埃尔·让森为了观测金星凌日全程发明了可以连续摄影的回转式照相机[78][71]。夏尔·沃尔夫等人也为找到“黑滴效应”的来由制作了可以再现金星凌日过程的机器[78]。

1874年金星凌日 编辑

主条目：1874年金星凌日
 
英国派往檀香山的观测队队长乔治·莱昂·塔普曼（英语：George Lyon Tupman）与他架设的望远镜

1874年的金星凌日同样得到了欧美各国的重视。美国、英国、意大利、荷兰、德国、法国、俄国以及墨西哥都派出了观测队[79][80]，观测地点包括：俄罗斯全境、长崎、北京、开罗、檀香山、西贡、凯尔盖朗群岛、塔斯马尼亚岛、查塔姆群岛、罗德里格岛、毛里求斯、努美阿以及圣保罗岛等地[81][82]。

 
横滨市在1874年金星凌日到来一百年之际在观测地竖立的纪念碑[83]。

由于日本是可以观测到1874年金星凌日全程的地区之一，法国、美国以及墨西哥都向那里派出了观测队[84][85]，观测地点包括东京、横滨、神户以及长崎等地。在法国留学的清水诚（日语：清水誠 (実業家)）以及在美国留学的上野彦马（日语：上野彦馬）也参与了观测。[78][86][80]此外，美国观测队也在观测结束后，接受了日本方面的委托，测定了长崎与东京间的经度差。位于东京的日本第一个确定经度的位置“查特曼点”（チットマン点）就得名于当时前往东京的队员。[87]从来日各国探测队得到的包括确定经度在内的一系列技术成为日本近代天文学的重要基础[88]，1874年金星凌日也因此在日本有“科学的黑船”（科学における黒船）之称[84]。

为提高对于接触时刻观测精度，此次金星凌日观测用到了摄影技术，但所得到的结果并没有因此相比18世纪得到太大改善[79]。英国并没有得到较好的相片[76]。美国尽管拍到了多张非常清晰的金星经过太阳表面过程的照片，但较为关键的接触时刻的照片还是受到了黑滴现象的影响。这些照片也因此没有太大的价值。关于太阳视差值，美国得到的结果为8.883±0.034″，法国的则为8.81±0.06″。[79]

1882年金星凌日 编辑

 
美国海军天文台拍摄的1882年金星凌日影像
主条目：1882年金星凌日

1874年的失败令天文学家对于1882年的金星凌日不再热情高涨[77]。德国天文学家约翰·格弗里恩·伽勒也在1875年通过对小行星花神星的观测得到了更为精确的太阳视差，8.873″[54]。曾经领导美国海军天文台1874年观测活动的西蒙·纽康也不再认为金星凌日观测是测定天文单位的最佳方法，1882年的观测活动改由威廉·哈克尼斯（英语：William Harkness）领导[79]。尽管对于金星凌日的观测价值存在疑问，欧美各国还是向世界各地派去了观测队[54]。1881年10月，统筹各国观测计划的国际会议在巴黎召开，14个国家出席了此次会议[77]。美国虽然没有出席此次会议，但也继续派遣了观测队[77]。纽康也率领了一支观测队前往南非惠灵顿（英语：Wellington, Western Cape）[54]。

 
使用烟熏玻璃观测金星凌日的孩子们（约翰·乔治·布朗（英语：John George Brown）绘）

与1874年金星凌日不同的是，欧洲国家与美国也能观测到此次金星凌日，因而出现了普通民众聚集在城市的广场中集体观测金星凌日的盛景[71]。《纽约时报》自1881年至1883年持续地报道了此次金星凌日的相关新闻，包括金星凌日的观测史与观测方法，各国对1882年金星凌日的观测计划。这显示了公众对于此次金星凌日的热情。[77]

美国海军天文台1882年的观测结果相比于1874年有了较大的改善，拍摄的照片有1380张之多[76]。1889年，哈克尼斯基于此次美国的观测结果得到的太阳视差为8.842±0.0118″。纽康结合之前四次金星凌日的观测结果计算出太阳视差为8.794±0.0018″，而天文单位则为1.4959亿公里（误差±31万公里）。[79][55]不过纽康此时考察了包括金星凌日观测在内的测定太阳视差的方法。他认为普尔科沃天文台所使用的光行差方法可能要优于金星凌日观测[79]。

21世纪 编辑

随着科学的发展，日地距离精确值可以通过更为先进的技术确定，比如空间探测器遥测（英语：Telemetry）。因此天文学家已经不再使用视差方法来提高精确度。对太阳系中的其他行星或小行星发射雷达讯号也可以得到更精确的值，比如天文学家从1961年与1962年对于金星的雷达观测中得到天文单位的数值为1.495985±0.000025亿千米。现在，天文单位不再定义为日地距离，而是常数149,597,870.700千米。[71][55][89][90]

2004年金星凌日 编辑

主条目：2004年金星凌日
NASA的太阳观测卫星TRACE记录的2004年金星凌日部分过程

尽管金星凌日观测的科学意义不复以往，这一罕见的天文现象还是吸引了大量民众参与观测。欧洲南方天文台与欧洲天文学教育联合会（英语：European Association for Astronomy Education）等组织共同筹划了国际性的金星凌日教育项目，VT-2004。这个项目的中心环节之一就是利用传统的视差方法再次测算天文单位的数值。天文学家依据1,510名参加者观测到的4,550个接触时刻计算出天文单位的精确值为1.49608708 ± 0.00011835亿公里，与公认值的误差只有0.007%。[91]

 
两组接触时刻的照片。左侧质量较差的照片中可以看到黑滴现象。

黑滴现象也是此次金星凌日观测各方关注的问题。目前对于黑滴现象成因的主流意见是过去的望远镜存在性能缺陷[92]。参与VT-2004的观测者在测定接触时刻时大多没有受到黑滴效应的影响，提交的大多数照片中也没有出现黑滴效应[93]。学术界也对这一问题做了一些研究。杰伊·帕萨切夫等人分析了NASA的太阳过渡区与日冕探测器对1999年水星凌日以及2004年金星凌日的观测结果，并发现太阳的周边昏暗现象也是黑滴效应成因之一[94]。

由于金星在通过太阳盘面时会使太阳亮度小幅下降，2004年金星凌日激起了天文学家的兴趣，因为这有助于他们精进搜寻太阳系外行星的技术[71][95]。当时的搜寻系外行星的方式只适用下列几种行星：引力场足以令恒星的自行或径向速度的多普勒效应产生明显变化的巨大行星；与母星非常近，且会使其亮度下降的巨大行星；通过背景恒星时，与母恒星分离产生类似爱因斯坦环或微引力透镜现象的行星[96]。测量金星凌日的仪器对于亮度变化相当敏感，因为行星通过母恒星盘面前方时，恒星亮度下降幅度相当小：例如太阳在金星凌日时视星等只下降了约0.001。而这也为搜寻到较小的系外行星创造了条件，因为较小的系外行星在凌星时也会使母恒星亮度小幅下降。[71][97]

2012年金星凌日 编辑

主条目：2012年金星凌日
 
日出卫星拍摄的2012年金星凌日

此次金星凌日也吸引了大量民众参与观测[98]。NASA的太阳动力学天文台以及JAXA的日出卫星都拍摄了金星凌日过程的超高分辨率影像。从它们拍摄的照片中可以看到黑色的金星周围包围着细细的光晕。[99][100]这种现象正是罗蒙诺索夫观测到的由太阳光穿过金星大气层发生折射造成的那种现象[101]。

此外，法国的天文学家组织了名为“金星暮光实验”的研究项目。他们希望能够通过对光晕现象的观测与研究来更为深入地了解金星大气层。[102]尽管2004年的观测中也出现了光晕现象，但当时对于这种现象的观测与分析技术并不到位[103]。天文学家通过地面上的以及金星快车卫星的观测结果了解了金星大气层的竖直分布[104]。

2012年金星凌日还对系外行星的研究有所帮助。与2004年的金星凌日不同的是，2012年恰巧是太阳活动活跃的年份。对于此次金星凌日中太阳亮度下降幅度的测定让天文学家获得了观测活跃恒星的经验。哈勃空间望远镜也通过月球表面的反射间接地观测了金星凌日。科学家通过这一观测结果得到了金星的光谱特征。这些技术都可以用在系外行星的研究中。[105][106]

 
 
NASA的SDO卫星拍摄的2012年金星凌日的17.1纳米紫外线假色影像（左）和可见光影像（右）

较为近期的金星凌日 编辑

下表展示了最近1000年内发生的金星凌日的概况。[b]

日期[25] 时间（UTC）[25] 序列[25] 可见地区 参考资料
第一接触 凌甚 第四接触
1396年11月23日 15:45 19:27 23:09 4 全程：北美洲西部、中美洲、南美洲最西端、太平洋东部、南极洲

前半程：非洲西部、欧洲西南部以及北美洲东部、加勒比海地区、南美洲北部
后半程：北美洲西北部、夏威夷群岛、太平洋西部、澳大利亚、新西兰、亚洲东部

[107]
1518年5月25–26日 22:46
5月25日		 01:56
5月26日		 05:07
5月26日 		3 全程：北美洲西北部、夏威夷群岛西部、太平洋西部、澳大利亚大部分地区、东南亚、俄罗斯中东部、斯堪的纳维亚半岛北端

前半程：北美洲大部分地区、中美洲、南美洲西北部、太平洋东部、新西兰
后半程：澳大利亚西端、中亚、南亚、中东地区、非洲大部分地区、欧洲大部分地区

[108]
1526年5月23日 16:12 19:35 21:48 5 全程：斯堪的纳维亚半岛北端、北美洲、中美洲、南美洲西北部、夏威夷群岛东部、太平洋东部、俄罗斯北部

前半程：俄罗斯西部、欧洲大部分地区、非洲西部、南美洲大部分地区
后半程：澳大利亚除西部外大部分地区、新西兰、太平洋西南部、东亚

[109]
1631年12月7日 03:51 05:19 06:47 6 全程：澳大利亚、新西兰、东南亚、东亚、中亚、南亚、印度洋、非洲东部

前半程：太平洋中部、东北亚部分地区
后半程：非洲除东部外大部分地区、俄罗斯东部、中东地区

[110]
1639年12月4日 14:57 18:25 21:54 4 全程：美国除东北以及西北外大部分地区、加拿大中南部、中美洲、加勒比海地区除南部外大部分地区、南美洲除东部外大部分地区

前半程：非洲除东北部外大部分地区、西欧、加拿大东北部
后半程：北美洲西北部、太平洋大部分地区

[111]
1761年6月6日 02:02 05:19 08:37 3 全程：斯堪的纳维亚半岛、亚洲、澳大利亚西部、阿拉斯加与加拿大西北部

前半程：北美洲西部、太平洋大部分地区、新西兰、澳大利亚东部
后半程：非洲、欧洲大部分地区、加拿大东北部

[112]
1769年6月3 - 4日 19:15
6月3日		 22:25
6月3日		 01:35
6月4日 		5 全程：北美洲西部与北部、墨西哥西北部、太平洋大部地区、东北亚大部分地区

前半程：北美洲东部、中美洲、南美洲
后半程：澳大利亚、新西兰、南亚、东亚大部分地区、中亚、斯堪的纳维亚北部

[113]
1874年12月9日 01:49 04:07 06:26 6 全程：澳大利亚、新西兰、太平洋西部、东亚、印度半岛

前半程：太平洋中部、西伯利亚西部
后半程：中亚、中东、东欧、非洲除西部外大部分地区

[81]
1882年12月6日 13:57 17:06 20:15 4 全程：中南美洲、北美洲东部

前半程：非洲、欧洲大部分地区
后半程：北美洲西部与北部、太平洋大部分地区、澳大利亚东部

[114]
2004年6月8日 05:13 08:20 11:26 3 全程：亚洲除最东部以外大部分地区、非洲除西部外大部分地区、欧洲除伊比利亚半岛西南端外大部分地区、格陵兰除南端外大部分地区、印度洋大部分地区

前半程：加拿大西北部、阿拉斯加、俄罗斯东北部分地区、日本、澳大利亚
后半程：非洲西部、美洲东部

[19]
2012年6月5 - 6日 22:09
6月5日		 01:29
6月6日		 04:49
6月6日 		5 全程：加拿大西北部、阿拉斯加、东亚、北亚、澳大利亚东部、新西兰、太平洋西部

前半程：加拿大东部、美国、中美洲、南美洲西北部
后半程：澳大利亚西端、西南亚、俄罗斯西部、中东地区、非洲东北部、欧洲大部分地区

[20]
2117年12月10–11日 23:58
12月10日		 02:48
12月11日		 05:38
12月11日 		6 全程：东亚、东南亚、太平洋西部、澳大利亚、新西兰

前半程：太平洋东部、北美洲最西端
后半程：中亚、南亚、西亚、非洲东部

[115]
2125年12月8日 13:15 16:01 18:48 4 全程：北美洲东部、中美洲、南美洲

前半程：非洲、西亚部分地区、欧洲大部分地区
后半程：新西兰、太平洋东部、北美洲西部

[116]
2247年6月11日 08:42 11:33 14:25 3 全程：加拿大东部、非洲、欧洲、中亚、西亚、俄罗斯大部分地区

前半程：东亚、东北亚、南亚、东南亚
后半程：加拿大大部分地区、美国、中美洲、南美洲大部分地区

[117]
2255年6月9日 01:08 04:38 08:08 5 全程：俄罗斯、中亚、南亚、东亚、东南亚、澳大利亚西部

前半程：北美洲大部分地区、中美洲西北部、澳大利亚东部、新西兰、太平洋东部
后半程：非洲、欧洲大部分地区、西亚

[118]
2360年12月12–13日 22:32
12月12日		 01:44
12月13日		 04:56
12月13日 		6 全程：日本、东南亚、澳大利亚、新西兰、太平洋西部

前半程：北美洲西部、中美洲、南美洲西南部、太平洋东部
后半程：东亚大部分地区、南亚、中亚、西亚、非洲东部

[119]
2368年12月10日 12:29 14:45 17:01 4 全程：北美洲东部、南美洲、非洲西部、南极洲

前半程：非洲东部、西亚、欧洲大部分地区
后半程：北美洲西部、太平洋东部

[120]
2490年6月12日 11:39 14:17 16:55 3 全程：美洲大部分地区、非洲西部、欧洲、俄罗斯北部

前半程：非洲东部、中亚、南亚、西亚
后半程：太平洋东部

[121]
2498年6月10日 03:48 07:25 11:02 5 全程：中亚、南亚、西亚、东亚大部分地区、非洲东部

前半程：日本、东南亚、澳大利亚、新西兰、太平洋大部分地区
后半程：非洲西部、美洲东部

[122]

较为特殊的金星凌日 编辑

有时金星凌日只在太阳的边缘掠过。在这种情况下，在地球上依然有一些地区可以看到完整的凌日，一些地区可以看到部分的凌日（无全部的四个接触），还有一部分地区没有第二和第三接触而仅有（无第一和/或第四接触）。这种金星凌日上一次是在1631年12月7日（UT），下一次将发生在2611年12月13日[25]。金星凌日也可能全程只有第一接触和第四接触的部分凌日。这种情形在地球上只有极区（南极或北极）可以看见，而在其它地区金星会错过太阳，只是从太阳上方或下方掠过。这种部分凌日上一次发生在公元前541年11月19日，下一次将在2854年12月14日[25]。这种情形是因为地球的尺度（直径）造成金星相对于太阳的视差，使金星相对于太阳的相对位置略有不同的结果。你可以将手臂伸直竖起一只手指，分别以左眼和右眼来观测手指相对于手指后方不远处背景的位置改变来体验。

水星凌日也可以和金星凌日同时发生，但更为罕见。上一次要追溯到28万年前，下一次发生在69,163年7月26日和224,508年3月29日[123][124]。日食和金星凌日也有可能同时发生，同样也非常罕见。下一次在金星凌日时发生日食的时间是15,232年4月5日[123]，上一次是在公元前15,607年11月1日[125]。在1769年6月3日金星凌日的第二天发生在北美洲、欧洲和北亚都可以看到日全食[126]。

相关文艺作品 编辑

 
1896年出版的《金星进行曲》曲谱封面

托马斯·哈代1882年出版的恋爱小说《塔上的两人（英语：Two on a Tower）》的主人公就是位参与过金星凌日观测的业余天文学家。约翰·菲利普·苏萨曾为1882年金星凌日创作了《金星凌日进行曲（英语：Transit of Venus March）》。苏萨也借此曲向1878年逝世的美国物理学家约瑟·亨利致敬。这些都反映当时公众对于金星凌日的关心程度。[127][128]

1992年，莫林·亨特（英语：Maureen Hunter）创作了话剧《金星凌日（英语：Transit of Venus (play)）》。该剧取材于参与1761年与1769年金星凌日观测的勒让蒂的种种经历。2007年该剧被改编为同名歌剧。[129]托马斯·品钦1997年发行的小说《梅森和迪克森》讲述了二人观测金星凌日的经历，并以二人之后勘定的梅森-迪克森线为线索描绘了革命前夕的英属北美殖民地[130]。2009年发行的英国电视剧《神秘博士》的周边有声书《金星凌日（英语：Transit of Venus (Doctor Who audio)）》讲述的就是库克出海远行观测金星凌日的故事[131]。加拿大的宽限三天乐团在2012年金星凌日到来之际发行了专辑《金星凌日（英语：Transit of Venus (album)）》[132]。2014年，该张专辑获得了朱诺奖年度摇滚专辑提名[133]。

相关条目 编辑

注释 编辑

  1. ^ 虽然有些资料（比如Espenak (2004)）显示1631年以前的凌日发生在5月和11月，但那是1582年历法变更导致的日期变化造成的。
  2. ^ 有关公元前2000年到公元4000年所有的金星凌日事件，请参阅美国国家航空航天局的“六千年间金星凌日目录”（Six Millennium Catalog of Venus Transits）[25]。

参考资料 编辑

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