话说金星凌日

H-alpha滤镜下的金星凌日

记得2004年6月8日,我和一群同好在中国国家地理杂志社楼顶看一个小黑点在太阳的明亮背景中缓慢移动,上来某科技报刊的一位老编辑,当他从望远镜后慢慢抬起头,戴好眼镜,只问了一句:“你们观测这个有什么用?”;我竟一时语塞,情急之下随口编了一些“验证行星轨道”之类的理由搪塞过去,最近读纽康的文章又遇到这个问题,时隔三年却并没有多少长进,索性考证一番。结果发现学界对此的态度正如NASA网站上一期科学故事的副标题所说:我们观测金星凌日最好的理由是因为历史……

话要从头说起,早在古希腊,人们就可以利用不同地方正午时分的日影长短来估计地球半径,再跟据月食时地球投影和月面曲率的比例可以得出月球大小,进而算出地月距离。在1609年开普勒发现了三定律之后,人们终于能够预言行星的运动,还可据此得出各大行星与太阳距离的比例。但日地距离始终是个难题,这个问题不解决,我们就永远不知道太阳的真实大小,也无法得出行星之间的绝对距离。

新的理论给天文观测带来了新的目标。1739年11月24日,21岁的苏格兰牧师 Jerimiah Horrocks 根据自己的计算正确地预言了金星凌日的时间(当时甚至连开普勒做出的预报都不准确),和他的朋友 William Crabtree 一起对其进行了人类历史上的第一次观测,他不幸于2年后去世,观测结果于1662年由赫维留公布。1663年,苏格兰数学家 James Gregory 在他的《光学进展》(Optica promota)一书中最早提到这种现象可于计算日地距离,JSTOR有此书的扫描版,不过原文是拉丁文,我只能看看图示,幸好后来又找到了Ian Bruce的英译本( 原书128页问题87 ) 。由于多方面的原因,此书影响很小;直到1691年,哈雷在英国皇家学会用拉丁语宣读了类似的测量方法(1716年正式发表,NASA英译本)金星凌日从此成为天文观测的热门目标。

方法其实很简单:在地球上不同地点看到的金星在日面的投影不同,可以通过记录金星与日面的四个相切时刻,然后结合金星公转周期得出这个视角变化,然后便可以利用三角视差法算出地球到金星的绝对距离,进而换算出日地距离。水星凌日离太阳很近,平均每二十年就会有一次凌日,但正是由于距离太近,水星的视差和太阳视差相差无几,很难测量,而金星到地球的距离只有日地距离的四分之一,视差也因此是太阳的四倍。下图便是2004年金星凌日时各地视角差异,可见的确很小。

即使是这样简单的原理操作起来也并不容易……哈雷生不逢时,没有机会亲眼目睹金星凌日,甚至没能看到自己彗星的回归;接下来的观测是在1761年,缺乏经验的新一代观测者没能克服天气的影响实现目标,他们此生最后的机会就在8年之后,来不及发明照相机或者手表……1768年,踌躇满志的库克船长(James Cook)驾驶“奋进号”(没错,Endeavour,奋进号航天飞机就是以此命名)开始了他的冒险,”从普利茅斯驶向发现不过一年的南太平洋小岛——塔希提岛(Tahiti),那里是全球76个金星凌日观测点之一。1769年6月3日,天气相当好,但意外出现的“黑滴效应”(如右图所示)使他无法判断相切的准确时间,其他地方的观测者也遇到了同样的问题,事实上,早在1672年,巴黎天文台的创建者卡西尼(Giovanni Cassini)就利用火星视差给出太阳系的合理大小,而一直到19世纪末,天文学家们都没能用这个方法达到哈雷所预计的精度……

虽然方法并没有成功,现在也很少被提及,但几代天文学家的努力,一百年的情结,就像传统一样被保留下来,本世纪的最后一次是在2012年6月6日,想来也是盛会……

标签:, , , .

条回应

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

您可以使用这些HTML标签和属性: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code class="" title="" data-url=""> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong> <pre class="" title="" data-url=""> <span class="" title="" data-url="">

porno film