| 词条 | 凌日 |
| 释义 | § 简介 凌日 凌日即指太阳被一个小的暗星体遮挡。这种小的暗星体经常是太阳系行星。也可以解释为凌日是内行星经过日面的一种天文现象。水星和金星的绕日运行轨道在地球轨道以内，称内行星。 如果这两颗行星的一颗恰好从地球与太阳之间经过，地球上的观察者就会看到有一个黑点从太阳圆面通过，需时大约为一个多小时，人们把这种现象称为凌日。地球上的人们能看到的只有水星凌日和金星凌日，如果人类能够站在火星观测，则可以看到地球凌日的胜景。凌日一般以小时为计算单位。天文学家推测，2004年至2012年的凌日均为6小时左右。 § 背景资料 凌日当欧洲的天文学家刚开始借助于望远镜观察太阳黑子时，科学界的大多数人并未对此产生多大的兴趣，因为当时的热门话题是“凌日”现象，而欧洲最早的关于黑子的记录，公元807年，就被误认为是水星凌日。 水星和金星的凌日现象是不容易看到的。如果水星、金星和地球的运行轨道在一个平面内，那么每年人们都可以观察到凌日，遗憾的是事实并非如此。水星和金星的轨道平面与地球的轨道平面有7度和3.5度的倾角。这两个角度虽然很小，却使大多数情况下，水星和金星从太阳的上方或下方的天空掠过，因此不发生凌日。相比较水星的凌日还算常见，大约十几年就会发生一次。金星凌日都是成对发生，间隔为八年，然后要经过一百多年后地球上的人们才能一睹这一有趣现象。下一对金星凌日将在2004年和2012年发生。但是基本上可以肯定的是，当今没有人看到过上一次金星凌日，因为那是在1882年，而且凌日时间又是如此的短暂。 17世纪，英国天文学家哈雷曾提出，金星凌日时，在地球上两个不同地方同时测定金星穿过日面所用的时间，根据空间的几何关系，就可以得到准确的日地距离。 在哈雷提出他的观测方法以后，金星凌日一共只出现过4次。在1761年金星凌日时，也就是哈雷之后的第一次，俄罗斯天文学家罗蒙诺索夫在观测中一举发现了金星大气，这使人类知道，除地球之外其它行星中也存在拥有大气的星体。到了19世纪，天文学家通过对金星凌日的观测，终于成功地测量出太阳和地球间的准确距离。 § 基本原理 凌日的原理和日食基本相同。它是指地内行星(水星和金星)在运动过程中，有时也会处于地球和太阳之间，当地球、地内行星(水星、金星)和太阳处于一条直线上时，就会出现凌日现象。从观看效果来说，凌日远不如日食那样壮观。因为月亮看上去和太阳差不多大，可以完全把太阳遮住。而金星和水星虽然都比月亮大得多，但它们距离地球都相对较远，因此只能看到一个小黑圆点在太阳表面缓慢移动。由于只有地内行星才会运行到地球和太阳之间而发生凌日现象，所以凌日只有水星凌日和金星凌日两种。 [1] § 金星凌日 122年前的(1882年)金星凌日照片 金星，呈金黄色，是天空中最亮的星体，亮度抵得上15颗天狼星。金星，中国古称“太白金星”，若处晨称“启明星”，若处黄昏则称“长庚星”。金星是距离地球最近的行星，平均距离约4150万千米。金星半径为6073千米，比地球半径仅小300千米，体积是地球的0．88倍，质量是地球的五分之四，平均密度略小于地球。因此，人们常称金星是地球的姐妹行星。令人费解的是：金星自转方向为由东向西（与地球自转方向截然相反），所以金星上看太阳竟是西升东落。而且，金星自转周期长达243天，比绕日公转周期224．7天还长，所以金星上的一昼夜相当于地球上的117天。金星的表面温度高达447摄氏度。 又由于水星、金星是位于地球绕日公转轨道以内的“地内行星”。因此，当金星运行到太阳和地球之间时，可以看到在太阳表面有一个小黑点慢慢穿过，这种天象称之为“金星凌日”。天文学中，往往把相隔时间最短的两次“金星凌日”现象分为一组。这种现象的出现规律通常是8年、121.5年，8年、105.5年，以此循环。据天文学家测算，这一组金星凌日的时间为2004年6月8日和2012年6月6日。这主要是由于金星围绕太阳运转13圈后，正好与围绕太阳运转8圈的地球再次互相靠近，并处于地球与太阳之间，这段时间相当于地球上的8年。 公元17世纪，著名的英国天文学家哈雷曾经提出，金星凌日时，在地球上两个不同地点同时测定金星穿越太阳表面所需的时间，由此算出太阳的视差，可以得出准确的日地距离。可惜，哈雷本人活了86岁，从未遇上过“金星凌日”。在哈雷提出他的观测方法后，曾出现过4次金星凌日，每一次都受到科学家的极大重视。 1761年5月26日金星凌日时，俄罗斯天文学家罗蒙诺索夫，就一举发现了金星大气。19世纪，天文学家通过金星凌日搜集到大量数据，成功地测量出日地距离1.496亿千米（称为一个天文单位）。 人们用10倍以上倍率的望远镜即可清楚地看到金星的圆形轮廓，40-100倍率左右的望远镜观测效果最佳。金星凌日观测指导 金星凌日观测指导 图为金星凌日观测指导。 金星凌日虽然说用肉眼也许也能看到，但效果总不会太好。如果有望远镜——无论是小型观景望远镜还是天文望远镜——都可以获得更好的效果。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，景象犹为壮观。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。一台带有赤道仪并配备有电跟的望远镜会在长时间观测中更加轻松。 在入凌前，要把表对得尽量准确，应尽可能的调整好极轴，并把东西线画好(或把观测用纸调整好)，把太阳上的可见黑子描绘于观测用纸上。描图时，要注意手不要压屏幕，头不要碰屏幕，尽量保持屏幕稳定，增加准确度。描完黑子后，就进入了准备的最后阶段。这时，眼睛要目不转睛地注视日面的东边缘，当看到圆滑的边缘像日食似的刚开始缺了一小块时，意味着凌日开始了。应立刻记下时间，这便是入凌时的外切时间(日面东边缘与金星西边缘外切的时刻)，并描出外切的位置。同样，也应记下入凌时的内切时间(日面东边缘与金星东边缘内切的时刻)，描出内切的位置。这时，整个金星已经完全处于太阳的圆面之内了。从此刻开始，要每隔半个小时把金星的位置在同一张观测用纸上描绘一遍，在每个位置上注明时间，直至即将出凌。整个凌日过程将持续6个小时，为了保证仪器的安全，不要总是让仪器工作，同时也要防止中暑。在休息时，盖上镜头盖，关掉电跟(如果有的话)，尽可能的让仪器冷却。由于投影观测不用深暗的滤光片或根本不用，目镜片的温度常达到几百度！因此要谨防烫伤和镜片炸裂，不要用手靠近目镜。 太阳向西方地平线缓缓沉去，金星就要移出日面，在出凌时，也要像入凌一样把两个切点位置标出。在中国，有很大一部分地区都很难看到完整的出凌，但带凌的日没也是一个很好的景观！如果太阳的光被雾气消减得过多，投影法观测不能继续进行时，可以利用目视观测。有兴趣的话，可以不用望远镜，试试能否看到金星。这时，太阳往往被折射得很大，角直径接近一角分，金星的黑影也异常明显，眼力不太好的人也能看到。图左为黑滴现象，右为光环现象 金星入凌和出凌时的两种有趣的现象 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，像是手指间有水滴一样，这就是所谓的“黑滴”现象。 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。成因是大气层的视宁度、光的衍射以及望远镜“极限分辨率”的等多种作用造成的视轮边缘的模糊。 除此之外，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。“晕环”大小的变化，环亮度是否均匀，是否能在太阳圆轮的背景下看到，这些都是很有意思的。 § 水星凌日 ESO公布的首张水星凌日照片（右上角的黑点为水星） 水星凌日（transit of Mercury ） 在人类历史上，第一次预告水星凌日是"行星运动三大定律"的发现者，德国天文学家开普勒（1571至1630年）。他在1629年预言：1631年11月7 日将发生稀奇天象--水星凌日。当日，法国天文学家加桑迪在巴黎亲眼目睹到有个小黑点（水星）在日面上由东向西徐徐移动。从1631年至2003年，共出现50次水星凌日，其中，发生在11月的有35次，发生在5月的仅有15次。每100年，平均发生水星凌日13.4次。 原理 水星凌日发生的原理与日食相似。由于水星和地球的绕日运行轨道不在同一个平面上，而是有一个7度的倾角。因此，只有水星和地球两者的轨道处于同一个平面上，而日水地三者又恰好排成一条直线时，在地球上可以观察到太阳上有一个小黑斑在缓慢移动，这种现象称为水星凌日。小黑斑是由于水星挡住了太阳射向地球的一部分光而形成的。 地球每年5月8日前后经过水星轨道的降交点，每年11月10日前后又经过水星轨道的升交点。所以，水星凌日只能发生在这两个日期的前后。 水星凌日 观察方法 观察水星凌日必须借助望远镜。它与观察太阳黑子的方法相似。通常有两种方法：一是投影法。通过望远镜，把太阳投影到一张白纸上进行观察。二是目视法。在望远镜的物镜（前方）装上滤光镜，再进行观察。天文爱好者可以用烧电焊用的黑玻璃，也可以用X光底片或电脑软盘的磁片，几张重叠起来制成眼镜，戴上它用双筒望远镜观察水星凌日。如何选购双筒望远镜？一是口径（物镜）越大越好，物镜（前镜）直径70毫米的较理想；二是选购多层镀膜的物镜，通常镀绿膜、蓝膜的较好，镀红膜的最差。需要着重指出的是，观察水星凌日，千万不能用肉眼直接看太阳，要注意保护眼睛。 水星凌日的特点 水星是地球的内行星，直径为4878千米。2003年水星凌日有三大特点：一是水星距离地球只有8415万千米，比发生在11月的水星凌日近1737万千米。二是水星视直径为12角秒，比发生在11月的水星凌日大五分之一。三是视直径，水星与太阳相比，为1比158；而11月的水星凌日，为1比193。因此，无论是观察还是拍摄水星凌日，2003年都是不可多得的良机。 水星凌日的过程 水星凌日发生在5月（降交点）比发生在11月（升交点）少得多。一生中能在5月看到两次水星凌日的人，凤毛麟角。广东虽然有几千万人，但至今还没有发现有人在5月看过两次水星凌日。未来五次5月的水星凌日将发生在2016年5月9日，2049年5月7日，2062年5月11日，2095年5月9日，2108年5月12日。中国如要下次在5月看到水星凌日的全过程，就要等到2108年5月12日。因为其余四次水星凌日都发生在夜间，中国不能看到或不能看到全过程。 2003年5月7日的水星凌日，凌始在13时13分，水星刚好接触日面；凌甚在15时51分，水星与日面中心相距最近,凌终在18时30分，水星恰好脱离日面。全程历时5小时17分钟。这天，广州日落为18时57分。所以，广州可观测到水星凌日的全过程。 21世纪出现的水星凌日 2006年11月8日左右水星穿越内合(inferior conjunction)，内合是指水星位于太阳和地球之间的一个点。通常情况下，我们在内合期间看不到这颗距离阳最近的行星。但这一次，水星穿越将会产生令人惊叹的天文现象：当水星的轮廓缓缓移过太阳盘面时，我们用小型望远镜便能看到此次天文奇观。天文学家将这种天文事件称为是“凌日”。业余天文爱好者在观看这一天文奇观时，切记使用适当的滤光镜，避免眼睛被日光灼伤。 凌日是相当罕见的天文奇观。我们从地球上只能看到金星和水星凌日。这是水星在21世纪第二次上演凌日奇观。本世纪水星将14次穿越太阳盘面。从北美西海岸(包括阿拉斯加州中部和南部)、夏威夷、新西兰到澳大利亚东海岸，都可以清楚地看到此次水星凌日全过程。澳大利亚和新西兰的天文爱好者可以在11月9日清晨看到这一奇观。 在美国，从爱达荷州北部到德克萨斯州最西端沿线以东地区的居民能看到水星凌日的开始阶段，但在水星移出太阳盘面前，日落将干扰他们观看凌日的视线。水星的小盘面将于美国东部时间下午2时12分(太平洋时间上午11时12分)开始向太阳盘面移动，两分钟后将完全遮住太阳盘面。届时，将会看到水星化作一个小黑点，在太阳左下方缓缓移动，黑点相当于太阳直径的1/194。随后，水星便会到达太阳盘面的右侧(西边)。接着，从太平洋标准时间下午4时零8分开始，水星将会用时两分钟完全移出太阳盘面。在凌日结束前太阳落山的东部地区，最佳观测地点应该是正西方以南地平线偏低的地区。另外，切记提前一两天检查太阳落山地点，以避免树木和建筑届时挡住视线。 [2] § 相关史话 凌日2006年5月7日水星出现了凌日现象，即水星届时将呈现为一个小黑点从太阳表面划过。这种被天文学家称之为“水星凌日”的奇观在21世纪将仅出现14次。 从地球上，人类只能观察到水星和金星的凌日现象。 水星和金星的凌日现象在天文史上占有很重要的地位，其主要原因是在地球表面不同的位置观测到的凌日现象时间长度略有差别。地球的直径相对于到水星和金星的距离来讲，是相当可观的，这就使得天文学家可以地将球上的不同位置与水星或金星看作一个以太阳为背景的三角形。通过这种方法，即可得出各行星与太阳距离的差异。因为金星的体积更为庞大，所以就更适宜用于此目的。事实上，18世纪和19世纪的金星凌日现象为天文学家们提供了利用开普勒第三定律测量太阳系绝对尺寸的绝好机会。只是在那个时代，人们并没有认识到这种价值的存在。 被称为“彗星之父”的艾德蒙德-哈雷是第一个认识到可以利用凌日现象来测量地球到太阳距离的人。时至今日，这种方法早已被彻底淘汰，其重要原因是这种方法对水星或金星进入和离开太阳的时间的精确度有很高的要求，而这种精确度在两个多世纪以前是很难达到的。 早在17世纪，约翰尼斯-开普勒(1571-1630)就获得了一个惊人的发现，他预测在1631年水星和金星将在彼此相隔不到一个月的时间内双双划过了太阳：水星在11月7日，金星在12月6日。在此之前，这种行星划过太阳的景观从来没人看到过。因此，开普勒和即将成为他女婿的Jacob Bartsch 向当时所有的天文学家发出了“警告”，提醒他们观测这一天文现象。 因为开普勒本人对这种天文现象的了解并不十分深入，因此他劝告其他的观测者要在当天仔细观察，如果早晨的观察没有得到任何有价值的结果，一定不能放弃而要坚持到底。 不幸的是，在1631年11月上旬，欧洲大部分地区的天气都十分糟糕。迄今为止，人们知道只有三个人分别观测到了水星凌日，而其中只有Pierre Gassendi (1592-1655)留下了详细的记录。根据Gassendi 的记载，他在巴黎通过从望远镜目镜向白色屏幕投影的方法观测到了凌日现象。在当地时间11月7日早晨9点左右，透过一片逐渐消散的云层，Gassendi 终于在焦急等待之后看到了由水星呈现出的一个黑点，这个黑点比他想象的大出许多，并且慢慢地划过了太阳。 开普勒本人没能观测到这一现象。他于1630年11月15日逝世，差不多是在他所预测的凌日现象发生前整整一年。尽管他曾经担心他预测的时间可能会有一两天的偏差，但是实际上，这次凌日和他的预测时间只有5个小时的误差，这恐怕是哪个时代最伟大的科学事件之一了。 [3] |
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