圖1 2004年金星凌日串象（圖片來源： http://apod.nasa.gov/apod/ap040608.html）

　　“百年一遇”是媒體在報(bào)道天文現(xiàn)象時(shí)最喜歡用的定語，無論是日食月食還是流星雨，似乎都能和這個(gè)詞搭配。當(dāng)然，這基本都是標(biāo)題黨們所使用的伎倆。那么有沒有一種天象能夠真正配得上這個(gè)詞呢？答案是肯定的，它就是我們這次要介紹的主角——金星凌日。
什么是金星凌日？


圖2 地球和金星公轉(zhuǎn)軌道示意圖（圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transit_diagram_angles.png）

　　如果按照距離太陽的遠(yuǎn)近來排序，地球在大行星里可以排到老三。比地球更靠近太陽的是金星和水星，它們的公轉(zhuǎn)軌道位于地球的內(nèi)側(cè)，因此天文學(xué)家也稱它們?yōu)椤皟?nèi)行星”。當(dāng)?shù)厍颉?nèi)行星和太陽的位置嚴(yán)格的位于一條直線上時(shí)，由于強(qiáng)烈的亮度反差，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)內(nèi)行星像一個(gè)小黑點(diǎn)一樣在日面上緩緩移動(dòng)，這就是凌。如果通過日面的是金星，那么就稱之為“金星凌日”，除此之外當(dāng)然還有水星凌日。
　　“金星凌日”的全程一般會(huì)持續(xù)幾個(gè)小時(shí)，和日全食類似，凌的全過程也由幾個(gè)特殊的時(shí)刻所分割。最初發(fā)生的是凌始外切，也就是金星的視圓面和太陽的視圓面相外切。接著是凌始內(nèi)切，標(biāo)志著完全進(jìn)入日面。然后是凌甚，代表金星距離日面中心最近的時(shí)刻。以此類推，凌終內(nèi)切、凌終外切就很好理解了。


圖3 2012年金星凌日過程示意圖（圖片來源： http://eclipse.gsfc.nasa.gov/OH/transit12.html）

金星凌日的觀測歷史
　　金星作為亮度最高的一顆行星，在許多古代文明中都留下了印記。不過或許是因?yàn)橛^測難度和發(fā)生頻率的原因，他們并沒有留下對于金星凌日的可靠記錄。
　　17世紀(jì)初開普勒（Johannes Kepler）根據(jù)第谷（Tycho Brahe）的觀測數(shù)據(jù)對1631年的金星凌日做出了預(yù)測，然而這次凌日在歐洲并不可見，所以沒有天文學(xué)家能夠?qū)Υ诉M(jìn)行驗(yàn)證。直到8年后，一位名叫霍羅克斯（Jeremiah Horrocks）的英國年輕天文學(xué)家糾正了開普勒計(jì)算的錯(cuò)誤，預(yù)言并成功觀測了1639年的金星凌日，他也因此成為第一個(gè)對金星凌日進(jìn)行科學(xué)記錄的人。


圖4 霍羅克斯通過望遠(yuǎn)鏡將太陽的像投影在一張紙上進(jìn)行觀測（圖片來源： http://dioi.org/kn/venustransit.htm）

金星凌日有多罕見？


圖 5 2000CE到3000CE之間發(fā)生的金星凌日（圖片來源：http://eclipse.gsfc.nasa.gov/transit/catalog/VenusCatalog.html）

　　金星凌日可以算得上是太陽系內(nèi)最罕見的周期現(xiàn)象之一了，它發(fā)生的時(shí)間也是有著獨(dú)特的規(guī)律。不妨仔細(xì)觀察一下本文所附的這張近1000年內(nèi)的金星凌日數(shù)據(jù)表，細(xì)心的讀者一定可以發(fā)現(xiàn)，相鄰的兩次金星凌日可以分為一組，組內(nèi)間隔時(shí)間是八年，而兩組之間的間隔時(shí)間則超過一百年。所以對于絕大多數(shù)人來說，一輩子能夠趕上兩次已經(jīng)是非常幸運(yùn)的事情了。
　　本世紀(jì)的兩次金星凌日發(fā)生在2004年和2012年，如果你不幸錯(cuò)過了的話，就要等到2117年9月11日了。顯然，除非生命科學(xué)出現(xiàn)革命級(jí)的突破，下一次金星凌日和我們就沒有什么關(guān)系了。
金星凌日的科學(xué)意義
　　金星凌日之所以引起天文學(xué)家們的注意，不僅僅因?yàn)樗莾蓚€(gè)天體之間的美妙相會(huì)，更重要的是它具有重要的科學(xué)意義。1761年，俄羅斯科學(xué)家羅蒙諾　索夫（Ломоносов）在觀測時(shí)發(fā)現(xiàn)，金星在進(jìn)入日面的過程中，它的表面會(huì)出現(xiàn)一層很薄的亮環(huán)。經(jīng)過仔細(xì)的分析，他指出，這是金星的大氣層折射太陽光產(chǎn)生的現(xiàn)象。這不僅證明了金星存在大氣，也使金星凌日成為研究其大氣層組成的重要途徑。


圖 6 由日出衛(wèi)星（Hinode）拍攝的金星凌日影像，金星左緣的亮邊就是它的大氣層（圖片來源：
http://www.nasa.gov/feature/goddard/scientists-study-venus-atmosphere-through-transit）

　　不過，金星凌日最重要的科學(xué)意義還是它對于測量日地距離的貢獻(xiàn)。日地距離也被稱作天文單位（AU），是天文學(xué)最基本的距離單位，也可以說是人類理解這個(gè)宇宙空間最重要的一把尺子。通過視差法（Parallax）可以在金星凌日的過程中測量出日地距離。這種方法的原理是十分簡單的，但是要求至少有兩組處于不同維度的觀測者同時(shí)對一次凌日的過程進(jìn)行精確地計(jì)時(shí)。1639年霍羅克斯和他的朋友就已經(jīng)嘗試了這種方法，不過他們得出的結(jié)果精度較低，影響力也有限。


圖 7 哈雷關(guān)于視差法的論文（圖片來源：
http://www.nytimes.com/slideshow/2012/05/29/science/space/20120529-VENUS.html）

　　1678年，埃德蒙·哈雷（Edmond Halley）提議通過觀測金星凌日來測量日地距離，此舉引起學(xué)界的廣泛響應(yīng)，也由此開始一場持續(xù)了兩百年的偉大征程。數(shù)只考察隊(duì)分赴全球各地開展觀測，其間花費(fèi)了巨大的人力物力，甚至有人為此獻(xiàn)出了寶貴的生命。根據(jù)1882年的金星凌日，美國天文學(xué)家西蒙·紐康（Simon Newcomb）得出了1.4959億公里（±0.31百萬公里）的數(shù)值，這已經(jīng)是一個(gè)非常精確的結(jié)果了。19世紀(jì)末期，隨著無線電的遙測技術(shù)的發(fā)展（Radio telemetry），天文單位的測量精度大幅縮小到了±30米，行星視差法終于退出了歷史的舞臺(tái)。
參考資料
http://dioi.org/kn/venustransit.htm
http://eclipse.gsfc.nasa.gov/transit/catalog/VenusCatalog.html 金星凌日周期
http://eclipse.gsfc.nasa.gov/OH/transit12.html 2012年金星凌日和歷史
https://en.wikipedia.org/wiki/Transit_of_Venus
http://www.exploratorium.edu/venus/question4.html AU的計(jì)算
http://www.nasa.gov/feature/goddard/scientists-study-venus-atmosphere-through-transit 金星大氣層

這種天象，你的一生只能看見兩次

圖文簡介

百年一遇”是媒體在報(bào)道天文現(xiàn)象時(shí)最喜歡用的定語，無論是日食月食還是流......