太阳身上的那颗痣——金星凌日

   字串6

  金星轨道在地球轨道内侧，某些特殊时刻，地球、金星、太阳会在一条直线上，这时从地球上可以看到金星就像一个小黑点一样在太阳表面缓慢移动，天文学称之为“金星凌日”。2012年6月6日上演的“金星凌日”是直到2117年以前所能看到的最后一次，凌日时间长达6小时，我国大部分地区处于最佳观测地区。

字串1

一、基本介绍
概况
　　金星凌日是金星运行到太阳和地球之间，三者恰好在一条直线上时，金星挡住部分日面而发生的天象。因此，金星凌日又有小日食之称。金星凌日可分为五个阶段：凌始外切、凌始内切、凌甚、凌终内切、凌终外切。 　　通常都是用小时来计算金星凌日的时间（2004年和2012年，持续大概6小时）。原理上类似于日食，虽然金星的直径有差不多月亮的4倍。我们从地球上看金星要小的多是因为它离地球更远一些。现代天文学之前，人们通过观察金星凌日，用视差来测量日地之间的距离。 字串6

 　　金星是地球的内行星，围绕太阳公转一圈需要224.701天，地球围绕太阳公转一圈需要365.256天。它俩的会合周期是583.92天，即金星连续两次下合日的时间间隔。
分类
　　金星凌日可分为两种：一种是降交点的金星凌日，它发生在6月8日前后。届时，金星由北往南经过日面（黄道)；一种是升交点的金星凌日，它发生在12月10日前后，届时，金星由南往北经过日面（黄道）。人们通常认为，降交点和升交点的金星凌日是成双成对交替出现的，在数量上是平分秋色的。其实不然，两者在数量上是不相等的，即降交点的金星凌日比升交点的多。从公元902年至1984年，共出现32次金星凌日，其中降交点金星凌日有18次，而升交点金星凌日只有14次。降交点金星凌日比升交点的多的原因就是降交点（6月8日前后）的金星凌日，金星距离地球较远，达4321万千米；而升交点的金星凌日，金星距离地球较近，只有3947万千米。在同等条件下，如果距离地球较远，金星凌日发生的几率就越多。
周期
　　金星凌日以两次凌日为一组，间隔8年，但是两组之间的间隔却有100多年。2004年之前的最后组金星凌日发生在1874年的12月和1882年12月。21世纪的首次金星凌日发生在2004年6月8日，这一组的另一次将要发生在2012年的6月6日6：09开始。再下一次是2117年和2125年。间隔105年。 字串5

 　　每种类型每隔243年出现一次，是因为地球上的243个恒星年（365.25636天）是88757.3天，金星上的395个恒星年（224.701天）是88756.9天。因此经过这个时间段后金星与地球差不多同时回到各自轨道上同一位置。由于金星和地球环绕太阳的运行轨道不在同一个平面上，因此并不是每次金星下合日都会发生金星凌日现象。一般的，地球在每年12月10日前后经过金星轨道的升交点，在每年6月8日前后经过金星轨道的降交点，因此，金星凌日只能发生在这两个日期前后。

字串9

 　　金星凌日有着8年、243年和251年的周期。8年的周期等到于8个地球年（365.256天）、13个金星年（224.701天）和5个会合周期（583.92天）。243年的周期等于243个地球年、408个金星年和157个会合周期。任意选取8年，可得两次金星凌日，如1874年至1882年。任意选取243年，可得5次金星凌日，如1874年至2117年，任意选取251年,可得6次金星凌日，如1874年至2117年 。两次金星凌日的间隔时间分别是：8年、121.5年、8年、105.5年、8年、121.5年、8年、105.5年，这样依次地排列下去。其中8、121.5、8、105.5之和等于243是金星凌日最基本和最稳定的周期。从金星凌日的长周期可看出，金星降交点（升交点）是自西向东移动的。2004的6月8日金星凌日比1761年6月6日金星凌日推迟了两天，即在243年中，金星的降交点向前（向东）移动了两天。对于8年的金星周期，我国天文学家早在二千二百多年前就发现了。成书在西汉的《五星占》写道：“五出，为日八岁，而复与营室晨出东方。”这是说金星的五个会合 周期恰好等到于八年，即金星在八年前或八年后会在相同的时间里复现在相同的星座。这说明 我国古代天文学家早已掌握了金星与地球的运行规律。从以上金星凌日的周期可看出，绝大多数人，一生中最多只可看到两次金星凌日，最少的一次也看不到，而仅有极少数人可以看到四次。  字串2

二、科学作用
　　在科学史上，金星凌日曾起到过非常积极的作用。1716年英国著名天文学家哈雷发表论文提出了一套利用观测金星凌日来计算地球与太阳之间距离的方法，从而使人们首次有可能比较精确地获得太阳系的大小。于是1761年和1769年的金星凌日而成为众多天文学家竞相观测的目标。1824年德国天文学家恩克发表了对两次观测的比较全面的讨论结果，得到地球距离太阳1.53亿公里，但该值的不确定度较大。因为日地距离是一个最基本的天文常数，日地距离的测定被誉为“最崇高的天文问题”，所以天文学家把更多的精力投入到了1874年和1882年的金星凌日观测。最后从1882年的观测结果归算出日地距离为1.4934亿±9.6万公里，现在的为1.49597870亿公里。
三、凌日观测
观测现象
　　光学现象 字串8

 　　在金星进出太阳表面的过程中，会发生一系列有趣的光学现象，非常值得观测。金星凌日，它是天文摄影数量较多的事件之一。众多科学性和艺术性的影像，不断地从可以看见凌日的区域：欧洲、非洲、北美洲和亚洲产生。以科学的角度来说，专业的天文摄影家注重的其中的科学性，以期能够从中发现什么。而以美学的观点来说，凌日影像可以分成数类。一类的主题在于捕捉清晰太阳盘面上的凌日金星。一类着重于捕捉双重凌日，例如有金星和飞机或金星和低轨道国际太空站的暗影同时出现在日面上等。一类则含有趣味型态的云朵。例如，右面这张从美国北卡罗莱那州拍摄的影像。影像中金星黝黑的剪影，乍看之下，很容易被误认是一小团具有不寻常外观的云。

字串8

 　　黑滴和晕环现象 字串1

 　　金星入凌和出凌时，细心的观察者可能会发现所谓的“黑滴”现象。实际上，当我们对着光亮，将两个手指逐渐靠近，当很接近的时候，可以发现尽管手指还没有接触，就能够看到上下手指之间有阴影把它们联系了起来，手指像水滴一样“粘连”到一起，这就是所谓的“黑滴”现象。 字串7

    在凌始内切和凌终内切时，即太阳边缘和内行星边缘互相靠得很近即将接触时，会发现有非常细的丝将两个边缘连接，这就是凌日时的黑滴现象。其成因已于2004年科学家通过对当时发生的凌日现象的观察后解答了，认为是地球大气层的扰动及部分望远镜的解像力不足而产生的光学假象，并非由金星的大气层造成。其实此前，亚利桑那大学的格伦·施耐德和他的两位同事就曾在一篇论文上指出，他们已经证明“黑滴效应”不可能是金星大气所产生的效应，因为他们看到“水星凌日”时也出现了“黑滴效应”，而水星是一颗没有大气的行星。由此他们总结说，黑滴效应的出现是图像的不清晰(地球大气之故或望远镜有缺陷)和太阳圆盘的亮度越靠近它的边缘就越暗的结果。 字串3

　 　　此外，在入凌和出凌阶段，有时候金星视面边缘会镶上一丝极细的“晕环”或“光环”。这个“晕环”是由于金星大气层顶部反射、散射阳光形成的。使用目镜投影方式可看到它，但如果将望远镜加滤光片则会更清楚。 字串8

　观测要点
　　金星凌日难得一见，但要成功观测凌日现象必须作好充分准备。首先必须注意保护自己的眼睛。切切不可用普通的太阳镜来直接观测太阳。无论采取什么样的方法来观测，都不要长时间地凝视太阳，必须经常让眼睛休息片刻。观察“金星凌日”与观察太阳黑子的方法类似，但无论采用何种方法，都必须十分注意眼睛的安全，不能让阳光伤害眼睛。通常有以下几种方法： 字串7

　 　　1、目视法：借助滤光镜（巴德膜）或电焊防护用的黑玻璃等减光片，肉眼就可观察到“金星凌日”。从保护眼睛的角度看，无论什么方法，观看“金星凌日”，持续时间都不要超过10秒。 字串2

　 　　2、摄影和录像法：用装滤光膜的相机或摄像机把“金星凌日”的过程记录下来，供日后研究、观赏。 字串4

　 　　3、望远镜法：在望远镜前方（物镜）装上滤光膜（巴德膜）观察，可观察“金星凌日”的大气现象和“黑滴”现象。

　 　　4、投影法：通过望远镜，把太阳投影到白色的板面上进行观察。这样做，安全可靠，又可供多人同时观看。 
看金星凌日需要做好哪些准备 字串2

     “金星凌日”难得一见，但要成功观测凌日现象必须做好充分准备。
    观测工具：
    1、观测金星凌日，首先必须注意保护好自己的眼睛，切记不可用普通的太阳镜直接观测；其次必须使用适当的安全减光装置，最好使用专用的日食观测卡进行观测。
    2、望远镜。10倍以上的倍率即可清楚地看到金星的圆形轮廓，40-100倍左右观测最佳。天气好的话，还可以看到由于金星浓厚的大气折射成的光圈。如果当天日面上黑子较多，还可能出现金星掩太阳黑子的现象，使凌日的过程更加有趣。正规的凌日观测要进行描图，因此要选择带有投影屏的天文望远镜。
    注意事项：
　　1、观测时间一定要牢记。
　　拿南京来说，当天是凌晨4点59分日出，而“金星凌日”开始时是在6点09分41秒，最终于12点49分30秒结束。全长6个多小时。
　　2、观测者必须使用适当的减光装置来保护眼睛。
　　最好使用专用的日食观测卡，但使用前应仔细检查观测卡的膜层是否完好，有否小孔等瑕疵。最专业的手法是从网上购买专门的巴德膜，它是观察太阳的最好保护膜。另外，用望远镜进行投影观测可以取得更好的效果。 字串6
　 研究员反复强调首先必须注意保护自己的眼睛。切切不可用普通的太阳镜来直接观测太阳。无论采取什么样的方法来观测，都不要长时间地凝视太阳，必须经常让眼睛休息片刻。
　　3、观测时，您最好找个东南方向比较空旷的地带，静候“金星凌日”。
　　4、当然，耐心也很重要。
　　在金星进入太阳圆面之前，金星是看不到的。因此，必须根据预报的金星凌始外切时刻，耐心地等待金星凌始外切的出现。 字串5

  字串6

四、人类观察史
　　世界上第一个用肉眼观察金星凌日的人是阿拉伯自然科学家、哲学家法拉比（870至950年），他在一张羊皮纸上写道：“我看见了金星，它像太阳面庞上的一粒胎痣。”据分析，法拉比目睹到这次金星凌日发生在公元910年11月24日。 字串8

 　　世界上第一个向世人预告金星凌日是德国伟大的天文学家开普勒(1571至1630年)。他在1629年出版的《稀奇的1631年天象》一书中写道：1631年12月7日将发生金星凌日。 　　世界上第一个用天文望远镜观察金星凌日是英国的天文学家霍罗克斯(1619至1641年)和克拉布特里。他俩在1639年12月4日用望远镜观察到十七世纪最后一次金星凌日。

 　　世界上第一个提出用金星凌日测量太阳视差和日地距离（天文单位）的人是英国天文学家哈雷（1656至1742年），他在1716年建议在世界各地联合观察金星凌日，并论述了利用金星凌日测量太阳视差的方法，这是当时精确测定太阳视差的理想方法。

 　　世界上第一个发现金星有大气存在的人是俄国科学家罗蒙诺索夫。他在1761年6月6日在圣彼得堡附近的天文台进行了认真观测。他发现，当金星凌日刚刚开始，看到金星边缘刚刚与太阳边缘接触时，在金星周围有一非常模糊的微微发亮的圆环。经过仔细分析，他认为，在金星周围应该存在大气，当金星接近太阳时，太阳光经过的大气折射在金星周围形成亮环。这是第一次指出金星上存在大气。现在我们已经对金星大气有了更多的了解，知道它的主要成分是二氧化碳，还有少量的氮气等成分。

字串3

 　　1824年德国天文学家恩克发表了对两次观测的比较全面的讨论结果，得到地球距离太阳1.53亿公里，但该值的不确定度较大。因为日地距离是一个最基本的天文常数，日地距离的测定被誉为“最崇高的天文问题”，所以天文学家把更多的精力投入到了1874年和1882年的金星凌日观测。最后从1882年的观测结果归算出日地距离为1.4934亿±9.6万公里，现在的1.49597870亿公里。

 　　本世纪最后一次“金星凌日”6月6日早晨上演。6月6日上午06:10，天宇将上演“金星凌日”的精彩天象。这是本世纪的第二次“金星凌日”，也是最后一次，堪称世纪绝唱。届时日面上有颗小黑点缓慢走过，持续时间达六个半小时。

字串6