觀測(cè)金星凌日的歷史及科學(xué)意義

　　有記載的人類歷史上第一個(gè)用肉眼觀察金星凌日的人是古代阿拉伯自然科學(xué)家兼哲學(xué)家法拉比（870年~950年），他在一張羊皮紙上寫道：“我看見(jiàn)了金星，它像太陽(yáng)面龐上的一粒胎痣。”從他所處的時(shí)代來(lái)看，法拉比目睹到這次金星凌日發(fā)生在公元910年11月24日。

　　英國(guó)天文學(xué)家霍羅克斯正在通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀察1639年的金星凌日，他和好友克拉布特里是世界上第一個(gè)用天文望遠(yuǎn)鏡觀察金星凌日的人。
 

　　1768年到1771年，英國(guó)著名航海家?guī)炜藖?lái)到南太平洋測(cè)繪了新西蘭和澳大利亞海岸，并進(jìn)行了金星凌日的觀測(cè)。

　　德國(guó)天文學(xué)家開普勒（1571年~1630年）是歷史上第一個(gè)預(yù)告金星凌日的人。他在1629年出版的《稀奇的1631年天象》一書中寫道：1631年12月7日將發(fā)生金星凌日。

　　世界上第一個(gè)用天文望遠(yuǎn)鏡觀察金星凌日的是英國(guó)天文學(xué)家霍羅克斯（1619年~1641年）和克拉布特里。他們?cè)?639年12月4日用望遠(yuǎn)鏡觀察到了那天發(fā)生的金星凌日。

　　俄國(guó)科學(xué)家羅蒙諾索夫（1711年~1765年）在觀察1761年6月6日發(fā)生的金星凌日時(shí)，發(fā)現(xiàn)金星在進(jìn)入太陽(yáng)邊緣時(shí)陽(yáng)光產(chǎn)生奇特現(xiàn)象，從而推斷金星有大氣存在。這是人類首次發(fā)現(xiàn)其它行星上的大氣。

　　英國(guó)天文學(xué)家哈雷（1656年~1742年）發(fā)現(xiàn)觀測(cè)金星凌日能測(cè)定地球到太陽(yáng)的距離。他曾提出過(guò)一種精確測(cè)定太陽(yáng)視差的理想方法。但是以后的金星凌日必須等待到1761年和1769年才會(huì)發(fā)生。哈雷知道他此生將無(wú)緣參與其事，但是希望后人按他給出的方法去測(cè)定地球到太陽(yáng)的距離。

　　在1761年和1769年的這兩次凌日發(fā)生之前，許多天文學(xué)家便作了準(zhǔn)備，并且派出不少遠(yuǎn)征隊(duì)到世界各地去。由1761年的凌日得到的結(jié)果從7.5角秒到10.5角秒都有，彌散度很大，所以天文學(xué)家們期待著1769年的凌日觀測(cè)能得到更好的數(shù)值。

　　1768年到1771年，英國(guó)著名航海家?guī)炜耍?728年~1779年）首航來(lái)到南太平洋，測(cè)繪了新西蘭和澳大利亞海岸。不過(guò)，他還有另一項(xiàng)重要的任務(wù)。英國(guó)皇家學(xué)會(huì)委托他在南半球與北半球的天文學(xué)家們同時(shí)進(jìn)行金星凌日的觀測(cè)。1769年6月3日，這一天天氣十分晴朗，庫(kù)克在塔希提（太平洋中南部澳大利亞?wèn)|面向風(fēng)群島中最大的島嶼，現(xiàn)為法國(guó)屬地）觀測(cè)了金星凌日的全過(guò)程。其他的天文學(xué)家在美洲的下加利福尼亞、休斯頓和歐洲北部的挪威觀測(cè)到了這次天文事件。法國(guó)天文學(xué)家拉朗德（1732年~1807年）集中了他們的所有結(jié)果，算出太陽(yáng)距離地球1.33億千米，這個(gè)結(jié)果比現(xiàn)代值1.496億千米稍小。后來(lái)，法國(guó)天文學(xué)家潘格雷（1711年~1796年）分析了當(dāng)時(shí)的全部資料，于1775年算出了太陽(yáng)視差相當(dāng)接近于8.8角秒。現(xiàn)在看來(lái)這是一個(gè)相當(dāng)精確的數(shù)值，可惜當(dāng)時(shí)沒(méi)有引起人們的注意。

　　在這兩次金星凌日的觀測(cè)熱潮中，最不走運(yùn)的要數(shù)法國(guó)天文學(xué)家勒讓蒂了。他于1760年出發(fā)前往法屬印度的龐地謝里。他在旅途的船上冥思苦想解決問(wèn)題的方法，得到的結(jié)論卻毫無(wú)科學(xué)價(jià)值，所以他決定繼續(xù)留在當(dāng)?shù)?，等?769年的那次凌日，但凌日那天卻恰逢烏云遮蔽天空，不能觀測(cè)。不久后他回到法國(guó)，卻發(fā)現(xiàn)財(cái)產(chǎn)已被他人分割，職位也已被他人占據(jù)了。

　　德國(guó)天文學(xué)家恩克（Encke）于19世紀(jì)初深入探討了前人的太陽(yáng)視差測(cè)量結(jié)果后，在1824年公布的結(jié)果是8.57角秒，地球距離太陽(yáng)1.53億千米。這個(gè)數(shù)值在19世紀(jì)上半葉被天文學(xué)界公認(rèn)。1865年，美國(guó)天文學(xué)家紐康（1835年~1909年）將當(dāng)時(shí)可用的數(shù)據(jù)綜合討論后，求得的數(shù)值是8.85角秒。

　　在1874年與1882年又先后發(fā)生了兩次金星凌日。許多國(guó)家的天文學(xué)家作了大量準(zhǔn)備工作，希望由觀測(cè)求得更好的數(shù)值?？墒怯捎谟^測(cè)上的困難，引入了嚴(yán)重的誤差。天文學(xué)家由前一次觀測(cè)求得的太陽(yáng)視差值在8.76角秒與8.91角秒之間；由后一次求得的數(shù)值在8.80角秒與8.85角秒之間。紐康重新綜合前兩世紀(jì)的4次金星凌日，于1895年又重新得出了一個(gè)太陽(yáng)視差的結(jié)果：8.797角秒。這是一個(gè)相當(dāng)精確的數(shù)值（今值為8.7941角秒，相當(dāng)于1.49597870億千米）。到了20世紀(jì)，由于人們已經(jīng)有了更加精確的方法，利用金星凌日求太陽(yáng)視差的方法就被徹底放棄了。

　　今日金星凌日觀測(cè)

金星凌日時(shí)的黑滴效應(yīng)

　　從以上金星凌日的周期可看出，任何一人，一生中最多只可看到兩次金星凌日，少的一次也看不到。今年6月6日的這一次金星凌日，實(shí)在是難得的天賜良機(jī)。在我國(guó)的大部分地區(qū)，只要天氣晴朗，都能看到凌日的全過(guò)程。我們是不是該抓住時(shí)機(jī)，一飽眼福呢？

　　若想用肉眼去直接看清凌日時(shí)的金星是極其困難的。下合時(shí)的金星，盡管角直徑最大，但也只有30角秒左右，人眼很難分辨，所以要準(zhǔn)備用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)。利用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)凌日現(xiàn)象時(shí)，一定要注意安全，保護(hù)眼睛不被強(qiáng)烈的陽(yáng)光灼傷。為此，可以采用在望遠(yuǎn)鏡前端加裝合適的濾光鏡或?yàn)V光膜的方法，但使用前應(yīng)仔細(xì)檢查膜層是否完好，是否有小孔等瑕疵，或者采用投影的方法來(lái)觀測(cè)。無(wú)論采取什么樣的方法觀測(cè)，都不要長(zhǎng)時(shí)間地凝視太陽(yáng)，必須經(jīng)常讓眼睛休息片刻。

　　金星凌日過(guò)程與日全食類似，也分5個(gè)階段，即凌始外切、凌始內(nèi)切（入凌時(shí)的外切和內(nèi)切）、凌甚、凌終內(nèi)切、凌終外切（出凌時(shí)的內(nèi)切和外切）。金星在進(jìn)入太陽(yáng)圓面之前，是看不到的，而凌終外切之后金星也依然看不到。觀測(cè)時(shí)，除了凌甚不能直接觀測(cè)到外，要準(zhǔn)確記錄金星圓面與太陽(yáng)圓面4次相切的時(shí)刻，還應(yīng)關(guān)注并記錄金星在日面上運(yùn)行的路徑。為了精確測(cè)定這些相切的時(shí)刻，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高望遠(yuǎn)鏡的倍率，比如用100倍~150倍。事先要查找到預(yù)報(bào)中凌始外切點(diǎn)在日面上的方位角，調(diào)整望遠(yuǎn)鏡指向切點(diǎn)方向，開動(dòng)轉(zhuǎn)儀鐘，注視視場(chǎng)中太陽(yáng)圓面上預(yù)報(bào)的切點(diǎn)位置，等待金星黑色圓面的出現(xiàn)。

　　金星在入凌和出凌時(shí)會(huì)遭遇“黑滴效應(yīng)”。當(dāng)金星邊緣與太陽(yáng)邊緣即將相碰而尚未真正接觸，或金星邊緣與太陽(yáng)邊緣剛剛分開實(shí)際已經(jīng)脫離的時(shí)候，觀測(cè)者會(huì)發(fā)現(xiàn)有間斷的陰影把兩個(gè)天體的邊緣連接在一起。我們可以做個(gè)簡(jiǎn)便的小實(shí)驗(yàn)來(lái)體驗(yàn)這種效應(yīng)。請(qǐng)你對(duì)著亮光，將兩根手指逐漸靠攏，在它們靠得很近時(shí)，盡管你還沒(méi)有感覺(jué)到手指已經(jīng)接觸，但卻看到兩根手指之間的狹窄縫隙中已經(jīng)有陰影把它們連接了起來(lái)，就像是手指間有水滴一樣，這就是所謂的黑滴效應(yīng)。黑滴效應(yīng)是影響對(duì)入凌和出凌時(shí)的4次相切記時(shí)精度的重要因素。

　　在入凌和出凌階段，人們還會(huì)看到在金星視面的周邊環(huán)繞著一圈很細(xì)的光環(huán)，特別是此刻金星露在日面外的黑暗背景中的那部分圓邊，恰被包在該圈光環(huán)中，這些都直接證明金星上存在大氣層。光環(huán)是金星大氣層頂反射和散射陽(yáng)光形成的。采用濾光鏡觀測(cè)與用投影方法觀測(cè)相比，可以更清楚地看到光環(huán)。觀測(cè)者觀測(cè)光環(huán)時(shí)，可以關(guān)注下列有趣現(xiàn)象，如光環(huán)大小的變化，亮度是否均勻，在太陽(yáng)視面背景下能否看到它等等。

　　許多愛(ài)好者希望在凌日期間拍攝照片和錄像。拍攝凌日主要有三個(gè)項(xiàng)目：拍攝凌日特寫、凌日過(guò)程和黑滴現(xiàn)象。拍攝凌日特寫，望遠(yuǎn)鏡的焦比應(yīng)當(dāng)能允許同時(shí)拍下金星、黑子和太陽(yáng)的部分邊緣。視場(chǎng)不必覆蓋整條凌日路線，但要捕捉金星與黑子擦身而過(guò)的過(guò)程。拍攝凌日過(guò)程，一般要經(jīng)歷數(shù)小時(shí)，所以事先必須規(guī)劃好，比如每隔10分鐘或15分鐘拍攝一張照片等。記錄整個(gè)凌日過(guò)程，把所拍的照片拼合起來(lái)，就可以得到一張金星凌日的路徑圖。如果能準(zhǔn)確捕捉四個(gè)相切時(shí)刻，就能拍下黑滴現(xiàn)象。拍攝黑滴現(xiàn)象時(shí)，使用網(wǎng)絡(luò)攝像頭最合適。在拍攝期間，應(yīng)該用擋光物遮蔽數(shù)碼相機(jī)或CCD及攝像頭，以防溫度上升過(guò)高而增大噪聲甚至損壞設(shè)備。