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金星凌日是當金星運行到太陽和地球之間時發生的一種罕見的天文現象,該現象發生時,在地球上可觀測到太陽表面有一個小黑點慢慢穿過,通過觀測研究,可以更精確地測定地內行星的運行軌道。金星凌日以兩次凌日為一組,間隔8年,但是兩組之間的間隔有100多年。21世紀的首次金星凌日發生在2004年6月8日,這一組的另一次發生在2012年的6月6日。

1 金星凌日 -簡介

2012年6月6日,台灣Wiki智願者janewind拍攝的金星凌日。2012年6月6日,台灣Wiki智願者janewind拍攝的金星凌日。

金星凌日是當金星運行到太陽和地球之間時發生的一種罕見的天文現象。由於水星、金星是位於地球繞日公轉軌道以內的「地內行星」。因此,當金星運行到太陽和地球之間時,可以看到在太陽表面有一個小黑點慢慢穿過,這種天象稱之為「金星凌日」。

金星凌日的時間通常是用小時來計算(2004年和2012年,持續大概6小時)。現代天文學之前,人們通過觀察金星凌日,用視差來測量日地之間的距離。

2 金星凌日 -發生原理

金星凌日金星凌日

金星凌日發生的原理與日食相似。當太陽、金星和地球排成一條直線,就有可能發生金星凌日。但由於金星和地球的繞日運行軌道不在同一個平面上,而是有一個3.4度的傾角,在大多數的情況下,太陽、金星和地球排列成一條直線時(下合日),金星不是在太陽的上面通過,就是在太陽的下面通過。地球每年6月8日和12月10日的前後分別經過金星軌道的降交點和升交點,如果此時日、金、地三者恰好排成一條直線,就會發生金星凌日。

3 金星凌日 -研究歷史

金星凌日金星凌日以及地球與金星的公轉軌道傾斜的圖解

「凌日」是極為難得的天文觀測機會,通過觀測研究,可以更精確地測定地內行星的運行軌道。尤其對金星凌日現象的觀測,還曾用於測定天文單位的準確值。

最早關於金星凌日現象的記載來自阿拉伯自然科學家、哲學家法拉比。他在一張羊皮紙上寫道:「我看見了金星,它像太陽面龐上的一粒胎痣。」如果這是真實的,那麼法拉比看到的是在910年11月24日發生的金星凌日。

17世紀,英國天文學家愛德蒙·哈雷最早提出了觀測方法。但哈雷從未遇上過金星凌日。在哈雷提出觀測方法后,曾出現過4次金星凌日,每一次都受到科學家的極大重視。

最早成功預報金星凌日的是德國天文學家開普勒。他成功預言了在1631年12月7日發生的金星凌日。

1761年5月26日發生的金星凌日,使俄國天文學家羅蒙諾索夫發現了金星大氣,這是人類第一次知道除地球以外有大氣的行星。

19世紀,天文學家通過金星凌日搜集到大量數據,成功地測量出日地距離1.496億千米(一個天文單位)。

4 金星凌日 -周期

金星凌日圖解

金星凌日以243年的序列周期重複著:在相隔8年之後,間隔121.5年,再一個8年的間隔,然後再經過105.5年。21世紀之前的最後一組金星凌日發生在1874年的12月和1882年12月。21世紀的首次金星凌日發生在2004年6月8日,這一組的另一次將要發生在2012年的6月(預測日期為2012年6月6日)。再下一次是2117年和2125年。

這是因為地球上的243個恆星年(365.25636天)是88757.3天,金星上的395個恆星年(224.701天)是88756.9天。因此經過這個時間段后金星與地球差不多同時回到各自軌道上同一位置。

5 金星凌日 -類型

金星凌日金星凌日

由於金星和地球環繞太陽的運行軌道不在同一個平面上,因此並不是每次金星合日都會發生金星凌日現象。

金星凌日可分為兩種:一種是降交點的金星凌日,發生在6月8日前後,金星由北往南經過日面(黃道)。另一種是升交點的金星凌日,發生在12月10日前後,屆時,金星由南往北經過日面(黃道)。

降交點和升交點的金星凌日在數量上是不相等的,即降交點的金星凌日比升交點的多。從公元902年至2984年,共出現32次金星凌日,其中降交點金星凌日有18次,而升交點金星凌日只有14次。

降交點金星凌日比升交點的多的原因就是降交點(6月8日前後)的金星凌日,金星距離地球較遠,達4321萬千米;升交點的金星凌日,金星距離地球較近,只有3947萬千米。在同等條件下,如果距離地球較遠,金星凌日發生的幾率就越多。

6 金星凌日 -觀測要點

金星凌日金星凌日觀測指導
觀測工具

1、觀測金星凌日,首先必須注意保護好自己的眼睛,切記不可用普通的太陽鏡直接觀測;其次必須使用適當的安全減光裝置,最好使用專用的日食觀測卡進行觀測。

2、望遠鏡。10倍以上的倍率即可清楚地看到金星的圓形輪廓,40-100倍左右觀測最佳。天氣好的話,還可以看到由於金星濃厚的大氣折射成的光圈。如果當天日面上黑子較多,還可能出現金星掩太陽黑子的現象,使凌日的過程更加有趣。正規的凌日觀測要進行描圖,因此要選擇帶有投影屏的天文望遠鏡。

觀測時段

在凌日觀測中,共有5個特殊時刻,分別是凌始外切、凌始內切、凌甚、凌終內切和凌終外切。其中凌始外切就是金星凌日的開始時間,凌終外切是指金星全部移出太陽表面,凌日全過程結束。

7 金星凌日 -相關術語

金星凌日圖左為黑滴現象,右為暈環現象
黑滴現象
2012年6月5號,美國拍到的金星凌日。2012年6月5號,美國拍到的金星凌日。

當金星入凌和出凌時,可能會發現所謂的「黑滴」現象。實際上,當我們對著光亮,將兩個手指逐漸靠近,當很接近的時候,可以發現儘管手指還沒有接觸,就能夠看到上下手指之間有陰影把它們聯繫了起來,像是手指間有水滴一樣,這就是所謂的「黑滴」現象。

在凌始內切和凌終內切時,即太陽邊緣和內行星邊緣互相靠得很近即將接觸時,會發現有非常細的絲將兩個邊緣連接,這就是凌日時的黑滴現象。成因是大氣層的視寧度、光的衍射以及望遠鏡「極限解析度」的等多種作用造成的視輪邊緣的模糊。

暈環現象

在入凌和出凌階段,有時候金星視面邊緣會鑲上一絲極細的「暈環」或「光環」。這個「暈環」是由於金星大氣層頂部反射、散射陽光形成的。使用目鏡投影方式可看到它,但如果將望遠鏡加濾光片,則會更清楚。

8 金星凌日 -地球之外的金星凌日

 火星、木星、土星、天王星及海王星同樣有金星凌日的天文現象。

9 金星凌日 -時間表

歷史

日期開始時間食甚時間結束時間
1396年11月23日15:4519:2723:09
1518年5月25–26日22:46(25日)01:56(26日)05:07(26日)
1526年5月23日16:1219:3521:48
1631年12月7日03:5105:1906:47
1639年12月4日14:5718:2521:54
1761年6月6日02:0205:1908:37
1769年6月3–4日19:15(3日)22:25(3日)01:35(4日)
1874年12月9日01:4904:0706:26
1882年12月6日13:5717:0620:15
2004年6月8日05:1308:2011:26

未來

日期 開始時間食甚時間 結束時間
2012年6月5–6日22:09(5日)01:29(6日)04:49(6日)
2117年12月10–11日23:58(10日)02:48(14日)05:38(14日) 
2125年12月8日13:1516:0118:48
2247年6月11日08:4211:3314:25
2255年6月9日01:0804:3808:08
2360年12月12–13日22:32(12日)01:44(13日)04:56(13日)
2368年12月10日12:2914:4517:01
2490年6月12日11:3914:1716:55
2498年6月10日03:4807:2511:02
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