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凌日過(guò)程

更多資料：凌 (天體)

在凌日過(guò)程中，金星會(huì)像小黑斑一樣自東向西穿過(guò)太陽(yáng)表面，同時(shí)像日食中的月球那樣遮蔽部分太陽(yáng)輻射。發(fā)生日全食時(shí)，月球的視直徑與太陽(yáng)的相等，約為30′。凌日過(guò)程中，金星視直徑為1′左右，不足太陽(yáng)視直徑的1/30。盡管金星半徑與地球近似相等，約為月球的4倍，但金星與地球最近距離也為4,100萬(wàn)千米左右，比地月平均距離要大一百多倍，因而其視直徑也就要比日全食時(shí)的月球小很多。

  金星凌日過(guò)程示意圖

凌日開(kāi)始前，金星會(huì)緩緩接近太陽(yáng)東側(cè)。但由于此時(shí)是金星夜半球一側(cè)面向地球，因而地球上的觀測(cè)者并不能看到這一過(guò)程。隨后金星開(kāi)始從外側(cè)接觸太陽(yáng)。這一時(shí)刻叫作“第一接觸”。金星接著開(kāi)始進(jìn)入太陽(yáng)表面。其剛好進(jìn)入太陽(yáng)內(nèi)側(cè)的時(shí)刻稱作“第二接觸”。第一接觸與第二接觸之間相隔30分鐘左右。在這之后，金星向西穿過(guò)太陽(yáng)表面。其中，金星與太陽(yáng)表面中心距離最近的時(shí)刻叫作“凌甚”。金星開(kāi)始接觸到太陽(yáng)表面另一側(cè)邊緣的時(shí)刻叫作“第三接觸”。第二接觸與第三接觸的間隔時(shí)間會(huì)隨著金星穿過(guò)太陽(yáng)表面路徑不同而有所變化。2004年與2012年的金星凌日中兩者間隔6小時(shí)左右。金星剛好完全離開(kāi)太陽(yáng)表面的時(shí)刻叫作“第四接觸”。第三接觸與第四接觸間隔時(shí)間約為30分鐘。由于金星凌日歷時(shí)較長(zhǎng)，過(guò)程中日出或日落時(shí)有發(fā)生，因而能夠觀測(cè)到全過(guò)程的地方有時(shí)十分有限。

第二接觸之后以及第三接觸之前會(huì)有一段時(shí)間，地球上的觀測(cè)者可能看到金星會(huì)像太陽(yáng)邊緣附近的水滴一樣。這種現(xiàn)象叫作“黑滴現(xiàn)象”。天文學(xué)家曾經(jīng)由于這種現(xiàn)象很難精準(zhǔn)確定第二接觸與第三接觸的準(zhǔn)確時(shí)刻。但近年的觀測(cè)過(guò)程中并沒(méi)有出現(xiàn)這一現(xiàn)象，因而其有可能只是由儀器存在的失焦等缺陷造成的。

產(chǎn)生條件與周期規(guī)律

  金星和地球的公轉(zhuǎn)軌道平面關(guān)系圖

盡管太陽(yáng)、金星和地球每隔584天就會(huì)大致排成一線，但由于金星公轉(zhuǎn)軌道平面與地球公轉(zhuǎn)軌道平面成3.4度的傾角，因此金星在三者大約成一條直線的時(shí)候，通常會(huì)從太陽(yáng)上方或下方通過(guò)。金星只有在下合經(jīng)過(guò)地球公轉(zhuǎn)軌道平面的時(shí)候才有可能發(fā)生凌日現(xiàn)象。一般當(dāng)?shù)厍蛱?yáng)連線與金星太陽(yáng)連線夾角小于0.25°（太陽(yáng)視直徑的一半）時(shí)，金星凌日就會(huì)發(fā)生。不過(guò)即使在下合時(shí)，金星還是有可能從太陽(yáng)上方或下方9.6°遠(yuǎn)處掠過(guò)。

地球243個(gè)恒星軌道周期（一個(gè)周期約365.25636日）約為88,757.3日，與金星395個(gè)金星恒星軌道周期（一個(gè)周期約224.701日）的總和88,756.9日幾乎相等。因而一次金星凌日后243年一般會(huì)再次發(fā)生金星凌日。因此可以類比月食和日食的沙羅序列將相隔243年的金星凌日編為一個(gè)序列。由于每次地球與金星相對(duì)位置相同的周期與243年之間也存在一定偏差，也就是說(shuō)相隔243年的兩次金星凌日發(fā)生時(shí)，地球與金星的相對(duì)位置并不完全相同。經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后，地球與金星之間的相對(duì)位置可能不足以產(chǎn)生金星凌日，這個(gè)序列隨即終結(jié)。一個(gè)序列的存在時(shí)間可能會(huì)相當(dāng)長(zhǎng)，比如始于前1763年、終于2854年的金星凌日序列就存在了4,600多年。

凌日通常會(huì)成對(duì)出現(xiàn)，相隔時(shí)間約為8年。這是由于地球公轉(zhuǎn)8次的時(shí)間（約2922.05日）與金星公轉(zhuǎn)13次的時(shí)間（約2921.1日）基本相等，也就是說(shuō)8年前后地球和金星的相對(duì)位置幾乎相同。不過(guò)由于金星每次會(huì)提早22小時(shí)到合的位置以及誤差累計(jì)，這種近似的行星合不足以產(chǎn)生第三次金星凌日。一般在一個(gè)序列終結(jié)或開(kāi)始時(shí)就會(huì)出現(xiàn)不成對(duì)的金星凌日。上一個(gè)不成對(duì)的金星凌日出現(xiàn)在1396年（該次金星凌日屬于4號(hào)序列，與之成對(duì)的6號(hào)序列金星凌日要到1631年才會(huì)開(kāi)始），下一個(gè)將在3089年出現(xiàn)（該次金星凌日屬于6號(hào)序列。與之成對(duì)的4號(hào)序列于2854年終結(jié)。2854年的金星凌日可能只有在南極洲能看到部分過(guò)程，其他地區(qū)則只能看到金星從太陽(yáng)邊緣擦過(guò)，或者根本無(wú)法看到）。

最近1,700年（1396年至3089年）內(nèi)存在的金星凌日序列有四個(gè)：3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)以及6號(hào)。它們以4→3→5→6→4的方式循環(huán)出現(xiàn)，間隔分別為121.5年、8年、105.5年、8年。近期的金星凌日只在6月或12月發(fā)生。每次凌日發(fā)生的時(shí)間會(huì)緩慢變動(dòng)：每243年會(huì)推后2天左右。

觀測(cè)史

古代和中世紀(jì)

 新亞述時(shí)期記錄金星運(yùn)動(dòng)周期的黏土板

古希臘、古埃及、巴比倫、印度和中國(guó)的觀測(cè)者都知道金星并記錄過(guò)其運(yùn)動(dòng)。古希臘人曾認(rèn)為出現(xiàn)在早上和黃昏的金星是不同的兩顆行星——赫斯珀勒斯是昏星，佛斯福勒斯是晨星。 畢達(dá)哥拉斯后來(lái)發(fā)現(xiàn)它們是同一顆行星 。但是沒(méi)有證據(jù)表明這些文明古國(guó)知道金星凌日這一現(xiàn)象 。金星在古美洲文化中，特別是瑪雅文化，具有重要的地位?，斞湃藢⒔鹦欠Q作“大亮星”（Noh Ek）或“暴躁之星”（Xux Ek）。他們將金星具體化為他們的神：庫(kù)庫(kù)爾坎（在墨西哥的其它地區(qū)也稱為 庫(kù)庫(kù)馬茨 （ 英語(yǔ) ： Q"uq"umatz ） 或魁札爾科亞特爾，是有著羽毛的羽蛇神）。 德累斯頓抄本 （ 英語(yǔ) ： Dresden Codex ） 中有瑪雅人繪制的完整的金星周期表 。在瑪雅潘中發(fā)現(xiàn)的壁畫(huà)可能有對(duì)發(fā)生于12或13世紀(jì)的金星凌日的記錄 。有關(guān)金星凌日現(xiàn)象的最早記載可能是來(lái)自阿拉伯哲學(xué)家法拉比，但他看到的很有可能是太陽(yáng)黑子 。

17世紀(jì)

德國(guó)天文學(xué)家約翰內(nèi)斯·開(kāi)普勒1629年預(yù)測(cè)了將于1631年發(fā)生的水星凌日與金星凌日。盡管依據(jù)他的計(jì)算結(jié)果，該次金星凌日最佳觀測(cè)地會(huì)是美洲大陸，但他還是在1629年出版的小冊(cè)子《難再盛年》（ De raris mirisque Anni ）中提醒歐洲的天文學(xué)家關(guān)注這次金星凌日。法國(guó)天文學(xué)家皮埃爾·伽桑狄等人觀測(cè)到了水星凌日，但由于金星凌日發(fā)生時(shí)，對(duì)于歐洲大部分地區(qū)，太陽(yáng)都在地平線之下，這些天文學(xué)家并沒(méi)能觀測(cè)到這次金星凌日。

 杰雷米亞·霍羅克斯觀測(cè)1639年金星凌日（ 威廉·理查·拉凡德 （ 英語(yǔ) ： William Richard Lavender ） 繪于1903年）

英國(guó)天文學(xué)家杰雷米亞·霍羅克斯對(duì)于1639年金星凌日的觀測(cè)是首次留有記錄的金星凌日科學(xué)性觀測(cè)。他的朋友 威廉·克拉布特里 （ 英語(yǔ) ： William Crabtree ） 也參與了此次觀測(cè)。開(kāi)普勒曾經(jīng)預(yù)測(cè)1639年金星將從太陽(yáng)邊緣擦過(guò)，并不會(huì)凌日?；袅_克斯修正了開(kāi)普勒的計(jì)算結(jié)果，得到1639年也將有金星凌日。他在該年的11月5日致信克拉布特里，告訴他金星凌日即將到來(lái)，并建議克拉布特里觀測(cè)此次金星凌日。為了安全地觀測(cè)金星凌日，霍羅克斯使用一臺(tái)簡(jiǎn)單的望遠(yuǎn)鏡將太陽(yáng)影像投影在紙上。在觀察了大半個(gè)白天后，他看到了金星在大約15:15，日落前半小時(shí)左右，行經(jīng)太陽(yáng)盤(pán)面?；袅_克斯利用他的觀測(cè)記錄估算了金星的體積。開(kāi)普勒曾提出過(guò)這樣一個(gè)猜想：太陽(yáng)系行星的大小與它們和太陽(yáng)的距離成正比。霍羅克斯利用金星大小的估計(jì)值以及伽桑狄此前對(duì)于水星大小的估計(jì)值，基于開(kāi)普勒的猜想以及行星間距離的觀測(cè)數(shù)據(jù)，得出了這樣一個(gè)結(jié)論：從太陽(yáng)那里觀測(cè)到的行星視直徑都為28″。這個(gè)結(jié)論等價(jià)于：行星與太陽(yáng)間的距離是其半徑的15,000倍。他基于這個(gè)結(jié)論估計(jì)太陽(yáng)與地球的平均距離約為9400萬(wàn)千米。不過(guò)霍羅克斯的結(jié)論目前已被證明是錯(cuò)誤的。他的計(jì)算結(jié)果盡管基于錯(cuò)誤的前提且不到現(xiàn)代公認(rèn)值1.496億千米的三分之二，但已經(jīng)是當(dāng)時(shí)最準(zhǔn)確的數(shù)值了。而這些結(jié)果直到霍羅克斯去世近20年后才于1661年出版。

18世紀(jì)

 愛(ài)德蒙·哈雷于1716年提交到皇家學(xué)會(huì)文章，其中展示了如何通過(guò)觀測(cè)金星凌日計(jì)算日地距離。

1663年，蘇格蘭數(shù)學(xué)家詹姆斯·格雷果里提出可以在地球上幾處相距遙遠(yuǎn)的地方觀測(cè)水星凌日以計(jì)算太陽(yáng)的視差，然后使用三角測(cè)量計(jì)算日地平均距離。愛(ài)德蒙·哈雷曾于1677年在圣赫勒拿島上觀測(cè)了一次水星凌日。他由此次觀測(cè)經(jīng)歷得出太陽(yáng)視差確實(shí)可以通過(guò)觀測(cè)行星凌日精確測(cè)算。但對(duì)于實(shí)際測(cè)算來(lái)說(shuō)，水星運(yùn)行速度太快。因而哈雷認(rèn)為距離地球更近，視差更明顯的金星可能更適用于日地距離的測(cè)算。在其1716年發(fā)表的論文中，他建議各國(guó)科學(xué)家關(guān)注1761年以及1769年的金星凌日，并給出了適合觀測(cè)的地點(diǎn)以及時(shí)間。不過(guò)哈雷在1761年金星凌日到來(lái)近二十年前即于1742年撒手人寰。

法國(guó)天文學(xué)家約瑟夫-尼古拉斯·德利爾后來(lái)又改進(jìn)了哈雷的方法。哈雷的方法需要完整記錄金星凌日的持續(xù)時(shí)間，德利爾的方法則只需要記錄第二接觸和第三接觸的時(shí)間。由于能夠觀測(cè)到金星凌日全程的地區(qū)非常有限，德利爾的方法也就擴(kuò)展了觀測(cè)地點(diǎn)的選擇范圍。德利爾后來(lái)再度向歐洲各地的天文學(xué)者發(fā)出了關(guān)注1761年金星凌日的倡議。

1761年與1769年的金星凌日吸引了來(lái)自英國(guó)、法國(guó)、俄國(guó)和奧地利等國(guó)的天文學(xué)家前往幾個(gè)前人甚少踏足的地方，例如南非、西伯利亞、北美洲、中美洲、印度洋以及太平洋等等，共同觀測(cè)?？紤]到當(dāng)時(shí)的遠(yuǎn)洋航行的條件，這些科學(xué)家需要數(shù)月甚至數(shù)年的時(shí)間前往目的地。特別是對(duì)于1761年的金星凌日，當(dāng)時(shí)英法兩國(guó)在全球激烈的角逐為航程增添了變數(shù)。此外，精確的測(cè)算還需要確定觀測(cè)地的經(jīng)緯度。但經(jīng)度的精準(zhǔn)測(cè)定在當(dāng)時(shí)仍是非常困難的。盡管存在種種困難，各國(guó)天文學(xué)家仍是合作完成了此次規(guī)模于國(guó)際天文學(xué)界前所未見(jiàn)的觀測(cè)。

1761年金星凌日

參與1761年金星凌日觀測(cè)的天文學(xué)家大多來(lái)自英法兩國(guó)。他們前往南印度洋、南太平洋、北美以及西伯利亞等地觀測(cè)此次金星凌日。此時(shí)英法兩國(guó)在七年戰(zhàn)爭(zhēng)中激戰(zhàn)正酣。兩國(guó)天文學(xué)家的觀測(cè)活動(dòng)都受到了戰(zhàn)爭(zhēng)的影響，例如英國(guó)人 耶利米·迪克森 （ 英語(yǔ) ： Jeremiah Dixon ） 和 查爾斯·梅森 （ 英語(yǔ) ： Charles Mason ） 原本要前往印尼的明古魯省觀測(cè)，但因途中船只受到法國(guó)攻擊，只得中途落腳好望角觀測(cè)此次金星凌日。法國(guó)的 亞歷山大·居伊·潘格雷 （ 英語(yǔ) ： Alexandre Guy Pingré ） 也在做觀測(cè)后續(xù)工作時(shí)遭到了英國(guó)船只的騷擾。 紀(jì)堯姆·勒讓蒂 （ 英語(yǔ) ： Guillaume Le Gentil ） 更是因?yàn)閮蓢?guó)的戰(zhàn)爭(zhēng)錯(cuò)失了觀測(cè)的機(jī)會(huì)。還有部分觀測(cè)者遭受到了惡劣天氣以及疾病的影響，無(wú)法得到有用的數(shù)據(jù)，如前往圣赫勒拿島的內(nèi)維爾·馬斯基林。不過(guò)，還是有些天文學(xué)家成功觀測(cè)到了金星凌日的全程或者部分過(guò)程，比如迪克森與梅森，在西伯利亞托博爾斯克觀測(cè)的 讓－巴蒂斯特·沙普·達(dá)奧特羅什 （ 英語(yǔ) ： Jean-Baptiste Chappe d"Auteroche ） 以及在紐芬蘭圣約翰斯觀測(cè)的約翰·溫斯羅普。

 米哈伊爾·瓦西里耶維奇·羅蒙諾索夫的1761年金星凌日觀測(cè)記錄中的圖示。

俄國(guó)的米哈伊爾·瓦西里耶維奇·羅蒙諾索夫基于自己在圣彼得堡科學(xué)院對(duì)1761年金星凌日的觀測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)金星存在大氣層 。他的觀測(cè)器材是兩個(gè)消色差透鏡和一個(gè)弱太陽(yáng)濾鏡（煙熏玻璃）。他在金星開(kāi)始離開(kāi)太陽(yáng)盤(pán)面時(shí)觀測(cè)到一道光的突起，即“羅蒙諾索夫的弧”。他還發(fā)現(xiàn)金星開(kāi)始進(jìn)入太陽(yáng)盤(pán)面時(shí)，接觸部分的太陽(yáng)邊緣會(huì)變得模糊。羅蒙諾索夫認(rèn)為這些現(xiàn)象是太陽(yáng)光通過(guò)金星大氣層時(shí)發(fā)生折射造成的。 2012年， 杰伊·帕薩切夫 （ 英語(yǔ) ： Jay Pasachoff ） 和威廉·希恩（ William Sheehan ）基于帕薩切夫等人2004年金星凌日的觀測(cè)結(jié)果提出，羅蒙諾索夫當(dāng)年所觀測(cè)到的狀況應(yīng)該不是金星大氣層造成的，而只是“黑滴現(xiàn)象” 。一組研究人員因此決定使用羅蒙諾索夫當(dāng)年的老式折射望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)發(fā)生于2012年6月5日至6日的金星凌日，以此作為決定性測(cè)試。該組天文學(xué)家認(rèn)為羅蒙諾索夫1761年時(shí)使用的望遠(yuǎn)鏡可以觀測(cè)到金星進(jìn)入和離開(kāi)太陽(yáng)盤(pán)面時(shí)在金星周?chē)a(chǎn)生的“羅蒙諾索夫的弧”和其他光環(huán)效應(yīng)，并認(rèn)為這些效應(yīng)確實(shí)是由金星大氣層造成的。

1769年金星凌日

更多資料：1769年金星凌日觀測(cè) (塔希提島)

 戴維·里滕豪斯的1769年金星凌日觀測(cè)報(bào)告

1769年金星凌日的觀測(cè)地點(diǎn)包括加拿大、下加利福尼亞半島 圣何塞得卡波 （ 英語(yǔ) ： San José del Cabo ） 、塔希提以及挪威等地 。 威廉·威爾士 （ 英語(yǔ) ： William Wales (astronomer) ） 和約瑟夫·戴蒙德（ Joseph Dymond ）受皇家學(xué)會(huì)委托前往加拿大哈德遜灣觀測(cè) 。美國(guó)哲學(xué)會(huì)在費(fèi)城建立了三個(gè)臨時(shí)觀測(cè)站，并成立了以戴維·里滕豪斯為首的委員會(huì)統(tǒng)籌觀測(cè)。觀測(cè)結(jié)果于1771年在美國(guó)哲學(xué)會(huì)會(huì)報(bào)第一卷中一并出版。 讓-巴蒂斯特·沙普·達(dá)奧特羅什和另外兩位西班牙天文學(xué)家文森特·德道茨（ Vicente de Doz ）以及薩爾瓦多·德梅迪納（ Salvador de Medina ）前往新西班牙 圣何塞得卡波 （ 英語(yǔ) ： San José del Cabo ） 觀測(cè)此次金星凌日，但觀測(cè)結(jié)束后不久他們即染上黃熱病身亡。28人的觀測(cè)隊(duì)伍中只有9人幸存。 匈牙利天文學(xué)家 馬克西米利安·黑爾 （ 英語(yǔ) ： Maximilian Hell ） 和他的助手 亞諾什·沙伊諾維奇 （ 英語(yǔ) ： János Sajnovics ） 受丹麥國(guó)王克里斯蒂安七世的委任，前往挪威瓦爾德觀測(cè) 。庫(kù)克船長(zhǎng)也在 其首次環(huán)球航行 （ 英語(yǔ) ： First voyage of James Cook ） 途中在塔希提觀測(cè)了金星凌日。觀測(cè)地點(diǎn)現(xiàn)在稱為“金星角”（ Point Venus ）。

任教于海德堡大學(xué)的天文學(xué)家 克里斯蒂安·邁爾 （ 英語(yǔ) ： Christian Mayer (astronomer) ） 接受葉卡捷琳娜二世的邀請(qǐng)，前往圣彼得堡和 安德斯·約翰·勒克色爾 （ 英語(yǔ) ： Anders Johan Lexell ） 等人一起觀測(cè)。其他受俄國(guó)資助的天文學(xué)家則在烏拉爾山地區(qū)以及里海北岸等地觀測(cè)。

紀(jì)堯姆·勒讓蒂在1761年觀測(cè)失敗后并沒(méi)有回國(guó)，而是留在落腳處毛里求斯。他在當(dāng)?shù)刈隽藙?dòng)物學(xué)、地理學(xué)以及人類學(xué)等方面的研究。1768年，經(jīng)過(guò)一系列波折，他終于到達(dá)原本的目的地本地治里，卻因?yàn)樘鞖庠蛟俣扰c金星凌日擦身而過(guò)。更為不幸的是，勒讓蒂在回國(guó)后卻發(fā)現(xiàn)由于他身死異國(guó)的謠言，妻子改嫁，財(cái)產(chǎn)被親戚瓜分一空。他還失去了在法國(guó)科學(xué)院的席位。勒讓蒂后來(lái)經(jīng)由法律程序追回了部分財(cái)產(chǎn)。法國(guó)科學(xué)院也為他特別增設(shè)了一個(gè)席位。

  1769年金星凌日觀測(cè)記錄中描繪的黑滴現(xiàn)象

因?yàn)楫?dāng)時(shí)的技術(shù)無(wú)法克服我們今天知道的“黑滴現(xiàn)象”的影響，當(dāng)時(shí)的天文學(xué)家無(wú)法得知凌日開(kāi)始和結(jié)束足夠準(zhǔn)確的時(shí)間。這一現(xiàn)象長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是金星稠密的大氣層造成的，并且是金星存在大氣層的證據(jù)之一。不過(guò)，近年的研究顯示這一效應(yīng)可能是來(lái)源于觀測(cè)儀器存在的缺陷。

1771年，法國(guó)天文學(xué)家杰羅姆·拉朗德結(jié)合1761和1769年的金星凌日觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出1天文單位約等于1.53億千米（誤差±100萬(wàn)千米，約0.65%）。雖然誤差由于黑滴效應(yīng)的影響大于哈雷所期望的1/500（0.2%），但比霍羅克斯得到的數(shù)值仍是有大幅改進(jìn)。 馬克西米利安·黑爾也于1770年在哥本哈根發(fā)表了他的觀測(cè)結(jié)果。但他的觀測(cè)結(jié)果受到了拉朗德等人的質(zhì)疑。 1824年，約翰·弗朗茨·恩克利用當(dāng)時(shí)新測(cè)定的經(jīng)度值以及最小二乘法，在1761年和1769年的觀測(cè)記錄基礎(chǔ)上得出太陽(yáng)視差為8.5776″ 。這個(gè)數(shù)值在之后25年里一直是太陽(yáng)視差的參考值 。

19世紀(jì)

1862年，阿薩夫·霍爾通過(guò)觀測(cè)火星得到太陽(yáng)視差為8.841″。由于這個(gè)數(shù)值與恩克此前的測(cè)定值相去甚遠(yuǎn)，19世紀(jì)的兩次金星凌日對(duì)天文單位精確值的計(jì)算依然十分重要。 喬治·比德?tīng)枴ぐ镌?857年將天文單位的測(cè)定稱作是“天文學(xué)中至高的問(wèn)題” 。當(dāng)時(shí)新近出現(xiàn)的攝影技術(shù)也被引入到觀測(cè)活動(dòng)中 。法國(guó)的皮埃爾·讓森為了觀測(cè)金星凌日全程發(fā)明了可以連續(xù)攝影的回轉(zhuǎn)式照相機(jī) 。夏爾·沃爾夫等人也為找到“黑滴效應(yīng)”的來(lái)由制作了可以再現(xiàn)金星凌日過(guò)程的機(jī)器 。

1874年金星凌日

  英國(guó)派往檀香山的觀測(cè)隊(duì)隊(duì)長(zhǎng) 喬治·萊昂·塔普曼 （ 英語(yǔ) ： George Lyon Tupman ） 與他架設(shè)的望遠(yuǎn)鏡

1874年的金星凌日同樣得到了歐美各國(guó)的重視。美國(guó)、英國(guó)、意大利、荷蘭、德國(guó)、法國(guó)、俄國(guó)以及墨西哥都派出了觀測(cè)隊(duì) ，觀測(cè)地點(diǎn)包括：俄羅斯全境、長(zhǎng)崎、北京、開(kāi)羅、檀香山、西貢、凱爾蓋朗群島、塔斯馬尼亞島、查塔姆群島、羅德里格斯島、毛里求斯、努美阿以及圣保羅島等地 。

  橫濱市在1874年金星凌日到來(lái)一百年之際在觀測(cè)地豎立的紀(jì)念碑 。

由于日本是可以觀測(cè)到1874年金星凌日全程的地區(qū)之一，法國(guó)、美國(guó)以及墨西哥都向那里派出了觀測(cè)隊(duì) ，觀測(cè)地點(diǎn)包括東京、橫濱、神戶以及長(zhǎng)崎等地。在法國(guó)留學(xué)的 清水誠(chéng) （ 日語(yǔ) ： 清水誠(chéng) (実業(yè)家) ） 以及在美國(guó)留學(xué)的 上野彥馬 （ 日語(yǔ) ： 上野彥馬 ） 也參與了觀測(cè)。 此外，美國(guó)觀測(cè)隊(duì)也在觀測(cè)結(jié)束后，接受了日本方面的委托，測(cè)定了長(zhǎng)崎與東京間的經(jīng)度差。位于東京的日本第一個(gè)確定經(jīng)度的位置“查特曼點(diǎn)”（ チットマン點(diǎn) ）就得名于當(dāng)時(shí)前往東京的隊(duì)員。 從來(lái)日各國(guó)探測(cè)隊(duì)得到的包括確定經(jīng)度在內(nèi)的一系列技術(shù)成為日本近代天文學(xué)的重要基礎(chǔ) ，1874年金星凌日也因此在日本有“科學(xué)的黑船”（ 科學(xué)における黒船 ）之稱 。

為提高對(duì)于接觸時(shí)刻觀測(cè)精度，此次金星凌日觀測(cè)用到了攝影技術(shù)，但所得到的結(jié)果并沒(méi)有因此相比18世紀(jì)得到太大改善 。英國(guó)并沒(méi)有得到較好的相片 。美國(guó)盡管拍到了多張非常清晰的金星經(jīng)過(guò)太陽(yáng)表面過(guò)程的照片，但較為關(guān)鍵的接觸時(shí)刻的照片還是受到了黑滴現(xiàn)象的影響。這些照片也因此沒(méi)有太大的價(jià)值。關(guān)于太陽(yáng)視差值，美國(guó)得到的結(jié)果為8.883±0.034″，法國(guó)的則為8.81±0.06″。

1882年金星凌日

  美國(guó)海軍天文臺(tái)拍攝的1882年金星凌日影像

1874年的失敗令天文學(xué)家對(duì)于1882年的金星凌日不再熱情高漲 。德國(guó)天文學(xué)家約翰·格弗里恩·伽勒也在1875年通過(guò)對(duì)小行星花神星的觀測(cè)得到了更為精確的太陽(yáng)視差，8.873″ 。曾經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)美國(guó)海軍天文臺(tái)1874年觀測(cè)活動(dòng)的西蒙·紐康也不再認(rèn)為金星凌日觀測(cè)是測(cè)定天文單位的最佳方法，1882年的觀測(cè)活動(dòng)改由 威廉·哈克尼斯 （ 英語(yǔ) ： William Harkness ） 領(lǐng)導(dǎo) 。盡管對(duì)于金星凌日的觀測(cè)價(jià)值存在疑問(wèn)，歐美各國(guó)還是向世界各地派去了觀測(cè)隊(duì) 。1881年10月，統(tǒng)籌各國(guó)觀測(cè)計(jì)劃的國(guó)際會(huì)議在巴黎召開(kāi)，14個(gè)國(guó)家出席了此次會(huì)議 。美國(guó)雖然沒(méi)有出席此次會(huì)議，但也繼續(xù)派遣了觀測(cè)隊(duì) 。紐康也率領(lǐng)了一支觀測(cè)隊(duì)前往南非 惠靈頓 （ 英語(yǔ) ： Wellington, Western Cape ） 。

  使用煙熏玻璃觀測(cè)金星凌日的孩子們（ 約翰·喬治·布朗 （ 英語(yǔ) ： John George Brown ） 繪）

與1874年金星凌日不同的是，歐洲國(guó)家與美國(guó)也能觀測(cè)到此次金星凌日，因而出現(xiàn)了普通民眾聚集在城市的廣場(chǎng)中集體觀測(cè)金星凌日的盛景 。《》自1881年至1883年持續(xù)地報(bào)道了此次金星凌日的相關(guān)新聞，包括金星凌日的觀測(cè)史與觀測(cè)方法，各國(guó)對(duì)1882年金星凌日的觀測(cè)計(jì)劃。這顯示了公眾對(duì)于此次金星凌日的熱情。

美國(guó)海軍天文臺(tái)1882年的觀測(cè)結(jié)果相比于1874年有了較大的改善，拍攝的照片有1380張之多 。1889年，哈克尼斯基于此次美國(guó)的觀測(cè)結(jié)果得到的太陽(yáng)視差為8.842±0.0118″。紐康結(jié)合之前四次金星凌日的觀測(cè)結(jié)果計(jì)算出太陽(yáng)視差為8.794±0.0018″，而天文單位則為1.4959億千米（誤差±31萬(wàn)千米）。 不過(guò)紐康此時(shí)考察了包括金星凌日觀測(cè)在內(nèi)的測(cè)定太陽(yáng)視差的方法。他認(rèn)為普爾科沃天文臺(tái)所使用的光行差方法可能要優(yōu)于金星凌日觀測(cè) 。

21世紀(jì)

隨著科學(xué)的發(fā)展，日地距離精確值可以通過(guò)更為先進(jìn)的技術(shù)確定，比如空間探測(cè)器 遙測(cè) （ 英語(yǔ) ： Telemetry ） 。因此天文學(xué)家已經(jīng)不再使用視差方法來(lái)提高精確度。對(duì)太陽(yáng)系中小行星或行星發(fā)射雷達(dá)訊號(hào)也可以得到更精確的值，比如天文學(xué)家從1961年與1962年對(duì)于金星的雷達(dá)觀測(cè)中得到天文單位的數(shù)值為1.495985±0.000025億千米。現(xiàn)在，天文單位不再定義為日地距離，而是常數(shù)149,597,870.700千米。

2004年金星凌日

  "> 播放媒體   NASA的太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星TRACE記錄的2004年金星凌日部分過(guò)程

盡管金星凌日觀測(cè)的科學(xué)意義不復(fù)以往，這一罕見(jiàn)的天文現(xiàn)象還是吸引了大量民眾參與觀測(cè)。歐洲南方天文臺(tái)與 歐洲天文學(xué)教育聯(lián)合會(huì) （ 英語(yǔ) ： European Association for Astronomy Education ） 等組織共同籌劃了國(guó)際性的金星凌日教育項(xiàng)目，VT-2004。這個(gè)項(xiàng)目的中心環(huán)節(jié)之一就是利用傳統(tǒng)的視差方法再次測(cè)算天文單位的數(shù)值。天文學(xué)家依據(jù)1,510名參加者觀測(cè)到的4,550個(gè)接觸時(shí)刻計(jì)算出天文單位的精確值為1.49608708 ± 0.00011835億千米，與公認(rèn)值的誤差只有0.007%。

  兩組接觸時(shí)刻的照片。左側(cè)質(zhì)量較差的照片中可以看到黑滴現(xiàn)象。

黑滴現(xiàn)象也是此次金星凌日觀測(cè)各方關(guān)注的問(wèn)題。目前對(duì)于黑滴現(xiàn)象成因的主流意見(jiàn)是過(guò)去的望遠(yuǎn)鏡存在性能缺陷 。參與VT-2004的觀測(cè)者在測(cè)定接觸時(shí)刻時(shí)大多沒(méi)有受到黑滴效應(yīng)的影響，提交的大多數(shù)照片中也沒(méi)有出現(xiàn)黑滴效應(yīng) 。學(xué)術(shù)界也對(duì)這一問(wèn)題做了一些研究。杰伊·帕薩切夫等人分析了NASA的太陽(yáng)過(guò)渡區(qū)與日冕探測(cè)器對(duì)1999年水星凌日以及2004年金星凌日的觀測(cè)結(jié)果，并發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)的周邊昏暗現(xiàn)象也是黑滴效應(yīng)成因之一 。

由于金星在通過(guò)太陽(yáng)盤(pán)面時(shí)會(huì)使太陽(yáng)亮度小幅下降，2004年金星凌日激起了天文學(xué)家的興趣，因?yàn)檫@有助于他們精進(jìn)搜尋太陽(yáng)系外行星的技術(shù) 。當(dāng)時(shí)的搜尋系外行星的方式只適用下列幾種行星：引力場(chǎng)足以令恒星的自行或徑向速度的多普勒效應(yīng)產(chǎn)生明顯變化的巨大行星；與母星非常近，且會(huì)使其亮度下降的巨大行星；通過(guò)背景恒星時(shí)，與母恒星分離產(chǎn)生類似愛(ài)因斯坦環(huán)或微引力透鏡現(xiàn)象的行星 。測(cè)量金星凌日的儀器對(duì)于亮度變化相當(dāng)敏感，因?yàn)樾行峭ㄟ^(guò)母恒星盤(pán)面前方時(shí)，恒星亮度下降幅度相當(dāng)小：例如太陽(yáng)在金星凌日時(shí)視星等只下降了約0.001。而這也為搜尋到較小的系外行星創(chuàng)造了條件，因?yàn)檩^小的系外行星在凌星時(shí)也會(huì)使母恒星亮度小幅下降。

2012年金星凌日

  日出衛(wèi)星拍攝的2012年金星凌日

此次金星凌日也吸引了大量民眾參與觀測(cè) 。NASA的太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)以及JAXA的日出衛(wèi)星都拍攝了金星凌日過(guò)程的超高分辨率影像。從它們拍攝的照片中可以看到黑色的金星周?chē)鼑?xì)細(xì)的光暈。 這種現(xiàn)象正是羅蒙諾索夫觀測(cè)到的由太陽(yáng)光穿過(guò)金星大氣層發(fā)生折射造成的那種現(xiàn)象 。

此外，法國(guó)的天文學(xué)家組織了名為“金星暮光實(shí)驗(yàn)”的研究項(xiàng)目。他們希望能夠通過(guò)對(duì)光暈現(xiàn)象的觀測(cè)與研究來(lái)更為深入地了解金星大氣層。 盡管2004年的觀測(cè)中也出現(xiàn)了光暈現(xiàn)象，但當(dāng)時(shí)對(duì)于這種現(xiàn)象的觀測(cè)與分析技術(shù)并不到位 。天文學(xué)家通過(guò)地面上的以及金星快車(chē)衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果了解了金星大氣層的豎直分布 。

2012年金星凌日還對(duì)系外行星的研究有所幫助。與2004年的金星凌日不同的是，2012年恰巧是太陽(yáng)活動(dòng)活躍的年份。對(duì)于此次金星凌日中太陽(yáng)亮度下降幅度的測(cè)定讓天文學(xué)家獲得了觀測(cè)活躍恒星的經(jīng)驗(yàn)。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡也通過(guò)月球表面的反射間接地觀測(cè)了金星凌日。科學(xué)家通過(guò)這一觀測(cè)結(jié)果得到了金星的光譜特征。這些技術(shù)都可以用在系外行星的研究中。

 NASA的SDO衛(wèi)星拍攝的2012年金星凌日的17.1納米紫外線假色影像（左）和可見(jiàn)光影像（右）

較為近期的金星凌日

下表展示了最近1000年內(nèi)發(fā)生的金星凌日的概況。

較為特殊的金星凌日

金星在凌日過(guò)程中可能只會(huì)從太陽(yáng)邊緣擦過(guò)。這種情況下，凌日的可視區(qū)域中可能會(huì)有部分地區(qū)只能看到部分過(guò)程（無(wú)第二與第三接觸點(diǎn)）。 這種狀況上一次在1631年12月6日發(fā)生，下一次則會(huì)在2611年12月13日 。另外還存在一種情況：凌日全部可視區(qū)域都只能看到部分過(guò)程。此種情形上次發(fā)生在前541年11月19日，下一次則會(huì)在2854年12月14日 。這些情況是視差導(dǎo)致的。地球本身的體體積讓各地觀測(cè)者觀測(cè)金星與太陽(yáng)的視角有所不同。

水星和金星可能會(huì)同時(shí)凌日，但極為罕見(jiàn)。上一次二者同時(shí)凌日要至少追溯到28萬(wàn)年前，下一次則會(huì)在69163年7月26日出現(xiàn) 。日食和金星凌日也有可能同時(shí)發(fā)生，但也很罕見(jiàn)。下一次金星凌日期間發(fā)生日食將會(huì)是在15232年4月5日 ，而上一次則要至少追溯到前2000年之前 。此外，1769年金星凌日之后一天發(fā)生了日全食 ，該次日全食在北美洲、歐洲和北亞可以看到 。

相關(guān)文藝作品

  1896年出版的《金星進(jìn)行曲》曲譜封面

托馬斯·哈代1882年出版的戀愛(ài)小說(shuō)《 塔上的兩人 （ 英語(yǔ) ： Two on a Tower ） 》的主人公就是位參與過(guò)金星凌日觀測(cè)的業(yè)余天文學(xué)家。約翰·菲利普·蘇薩曾為1882年金星凌日創(chuàng)作了《 金星凌日進(jìn)行曲 （ 英語(yǔ) ： Transit of Venus March ） 》。蘇薩也借此曲向1878年逝世的美國(guó)物理學(xué)家約瑟·亨利致敬。這些都反映當(dāng)時(shí)公眾對(duì)于金星凌日的關(guān)心的程度。

1992年， 莫林·亨特 （ 英語(yǔ) ： Maureen Hunter ） 創(chuàng)作了話劇《 金星凌日 （ 英語(yǔ) ： Transit of Venus (play) ） 》。該劇取材于參與1761年與1769年金星凌日觀測(cè)的勒讓蒂的種種經(jīng)歷。2007年該劇被改編為同名歌劇。 托馬斯·品欽1997年發(fā)行的小說(shuō)《梅森和迪克森》講述了二人觀測(cè)金星凌日的經(jīng)歷，并以二人之后勘定的梅森-迪克森線為線索描繪了革命前夕的英屬北美殖民地 。2009年發(fā)行的英國(guó)電視劇《神秘博士》的周邊有聲書(shū)《 金星凌日 （ 英語(yǔ) ： Transit of Venus (Doctor Who audio) ） 》講述的就是庫(kù)克出海遠(yuǎn)行觀測(cè)金星凌日的故事 。加拿大的寬限三天樂(lè)團(tuán)在2012年金星凌日到來(lái)之際發(fā)行了專輯《 金星凌日 （ 英語(yǔ) ： Transit of Venus (album) ） 》 。2014年，該張專輯獲得了朱諾獎(jiǎng)年度搖滾專輯提名 。

相關(guān)條目

合 (天體位置)

日食

月食

水星凌日

注釋

^ 雖然有些資料（比如Espenak (2004)）顯示1631年以前的凌日發(fā)生在5月和11月，但那是1582年歷法變更導(dǎo)致的日期變化造成的。

^ 有關(guān)公元前2000年到公元4000年所有的金星凌日事件，請(qǐng)參閱美國(guó)國(guó)家航空航天局的“六千年間金星凌日目錄”（ Six Millennium Catalog of Venus Transits ） 。

進(jìn)階讀物

Anderson, Mark.The Day the World Discovered the Sun: An Extraordinary Story of Scientific Adventure and the Race to Track the Transit of Venus. Boston: Da Capo Press. 2012. ISBN 978-0-306-82038-0.

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Lomb, Nick.Transit of Venus: 1631 to the Present. Sydney, Australia: NewSouth Publishing. 2011. ISBN 978-1-74223-269-0. OCLC 717231977 .

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Sellers, David.The Transit of Venus: The Quest to Find the True Distance of the Sun. Leeds, UK: Magavelda Press. 2001. ISBN 0-9541013-0-8.

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