金星凌日

金星凌日是金星運行到太陽和地球之間，三者恰好在一條直線上時，金星擋住部分日面而發生的天象。因此，金星凌日又有小日食之稱。其原理與日食不同。金星凌日可分為五個階段：凌始外切、凌始內切、凌甚、凌終內切、凌終外切。

金星和地球都圍繞太陽轉，金星的軌道在地球軌道的內側，在某些特殊時刻，地球、金星和太陽會出在一條直線上。這時候從地球上觀測，金星就像一個小黑點鑲嵌在太陽上，並且在太陽表面緩慢移動。天文學家稱這種現象為“金星凌日”。2012年6月6日“金星凌日”會出現，凌日時間長達6個小時，我國大部分地區都處於最佳觀測區。這次“金星凌日”是2117年以前最後一次“金星凌日”。下面是全球觀測這次“金星凌日”的情境和觀測到的“金星凌日”的壯觀景象。

通常都是用小時來計算金星凌日的時間（2004年和2012年，持續大概6小時）。原理上類似於日食，雖然金星的直徑差不多有月亮的4倍。我們從地球上看金星要小的多是因為它離地球更遠一些，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。

金星是地球的內行星，圍繞太陽公轉一圈需要224.701天，地球圍繞太陽公轉一圈需要365.256天。它倆的會合周期是583.92天。即金星連續兩次下合日的時間間隔。而且金星凌日每個世紀只有兩次。(近一個世紀來的上一次金星凌日發生在2004年)。除非你很幸運，否則觀看金星凌日真的是“一生一次”的事件。

金星凌日可分為兩種：一種是降交點的金星凌日，它發生在6月8日前後。屆時，金星由北往南經過日面（黃道)；一種是升交點的金星凌日，它發生在12月10日前後，屆時，金星由南往北經過日面（黃道）。人們通常認為，降交點和升交點的金星凌日是成雙成對交替出現的，在數量上是平分秋色的。其實不然，兩者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1984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。而升交點的金星凌日，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。

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卻有100多年。2004年之前的最後組金星凌日發生在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，另一次發生在2012年的6月6日。再下一次是2117年和2125年。間隔105年。

每種類型每隔243年出現一次，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。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下合日都會發生金星凌日現象。一般的，地球在每年12月10日前後經過金星軌道的升交點，在每年6月8日前後經過金星軌道的降交點，因此，金星凌日只能發生在這兩個日期前後。

金星凌日有著8年、243年和251年的周期。8年的周期等到於8個地球年（365.256天）、13個金星年（224.701天）和5個會合周期（583.92天）。243年的周期等於243個地球年、408個金星年和157個會合周期。任意選取8年，可得兩次金星凌日，如1874年至1882年。任意選取243年，可得5次金星凌日，如1874年至2117年，任意選取251年，可得6次金星凌日，如1874年至2125年。兩次金星凌日的間隔時間分別是：8年、121.5年、8年、105.5年、8年、121.5年、8年、105.5年，這樣依次地排列下去。其中8、121.5、8、105.5之和等於243是金星凌日最基本和最穩定的周期。從金星凌日的長周期可看出，金星降交點（升交點）是自西向東移動的。2004的 6月8日金星凌日比1761年6月6日金星凌日推遲了兩天，即在243年中，金星的降交點向前（向東）移動了兩天。對於8年的金星周期，我國天文學家早在二千二百多年前就發現了。成書在西漢的《五星占》寫道：“五齣，為日八歲，而復與營室晨出東方。”這是說金星的五個會合周期恰好等到於八年，即金星在相隔八年會在相同的時間裡重複相同的星座。這說明我國古代天文學家早已掌握了金星與地球的運行規律。從以上金星凌日的周期可看出，絕大多數人，一生中最多只可看到兩次金星凌日，最少的一次也看不到，而僅有極少數人可以看到四次。

儘管太陽、金星和地球每隔584天就會大致排成一線，但由於金星公轉軌道平面與地球公轉軌道平面成3.4度的傾角，因此金星在三者大約成一條直線的時候，通常會從太陽上方或下方通過。金星只有在下合經過地球公轉軌道平面的時候才有可能發生凌日現象。一般當地球太陽連線與金星太陽連線夾角小於0.25°（太陽視直徑的一半）時，金星凌日就會發生。不過即使在下合時，金星還是有可能從太陽上方或下方9.6°遠處掠過。

地球243個恆星軌道周期（一個周期約365.25636日）約為88,757.3日，與金星395個金星恆星軌道周期（一個周期約224.701日）的總和88,756.9日幾乎相等。因而一次金星凌日後243年一般會再次發生金星凌日。因此可以類比月食和日食的沙羅序列將相隔243年的金星凌日編為一個序列。由於每次地球與金星相對位置相同的周期與243年之間也存在一定偏差，也就是說相隔243年的兩次金星凌日發生時，地球與金星的相對位置並不完全相同。經過相當長的時間后，地球與金星之間的相對位置可能不足以產生金星凌日，這個序列隨即終結。一個序列的存在時間可能會相當長，比如始於前1763年、終於2854年的金星凌日序列就存在了4,600多年。

凌日通常會成對出現，相隔時間約為8年。這是由於地球公轉8次的時間（約2922.05日）與金星公轉13次的時間（約2921.1日）基本相等，也就是說8年前後地球和金星的相對位置幾乎相同。不過由於金星每次會提早22小時到合的位置以及誤差累計，這種近似的行星合不足以產生第三次金星凌日。一般在一個序列終結或開始時就會出現不成對的金星凌日。上一個不成對的金星凌日出現在1396年（該次金星凌日屬於4號序列，與之成對的6號序列金星凌日要到1631年才會開始），下一個將在3089年出現（該次金星凌日屬於6號序列。與之成對的4號序列於2854年終結。2854年的金星凌日可能只有在南極洲能看到部分過程，其他地區則只能看到金星從太陽邊緣擦過，或者根本無法看到）。

最近1,700年（1396年至3089年）內存在的金星凌日序列有四個：3號、4號、5號以及6號。它們以4→3→5→6→4的方式循環出現，間隔分別為121.5年、8年、105.5年、8年。近期的金星凌日只在6月或12月發生。每次凌日發生的時間會緩慢變動：每243年會推后2天左右。

光學現象

在金星進出太陽表面的過程中，會發生一系列有趣的光學現象，非常值得觀測。金星凌日，它是天文攝影數量較多的事件之一。眾多科學性和藝術性的影像，不斷地從可以看見凌日的區域：歐洲、非洲、北美洲和亞洲產生。以科學的角度來說，專業的天文攝影家注重的其中的科學性，以期能夠從中發現什麼。而以美學的觀點來說，凌日影像可以分成數類。一類的主題在於捕捉清晰太陽盤面上的凌日金星。一類著重於捕捉雙重凌日，例如有金星和飛機或金星和低軌道國際太空站的暗影同時出現在日面上等。一類則含有趣味型態的雲朵。例如，右面這張從美國北卡羅萊那州拍攝的影像。影像中金星黝黑的剪影，乍看之下，很容易被誤認是一小團具有不尋常外觀的雲。

黑滴和暈環現象

金星入凌和出凌時，細心的觀察者可能會發現所謂的“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，手指像水滴一樣“粘連”到一起，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。其成因已於2004年科學家通過對當時發生的凌日現象的觀察后解答了，認為是地球大氣層的擾動及部分望遠鏡的解像力不足而產生的光學假象，並非由金星的大氣層造成。其實此前，亞利桑那大學的格倫·施耐德和他的兩位同事就曾在一篇論文上指出，他們已經證明“黑滴效應”不可能是金星大氣所產生的效應，因為他們看到“水星凌日”時也出現了“黑滴效應”，而水星是一顆沒有大氣的行星。由此他們總結說，黑滴效應的出現是圖像的不清晰(地球大氣之故或望遠鏡有缺陷)和太陽圓盤的亮度越靠近它的邊緣就越暗的結果。

此外，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。

金星凌日難得一見，但要成功觀測凌日現象必須作好充分準備。首先必須注意保護自己的眼睛。切切不可用普通的太陽鏡來直接觀測太陽。無論採取什麼樣的方法來觀測，都不要長時間地凝視太陽，必須經常讓眼睛休息片刻。觀察“金星凌日”與觀察太陽黑子的方法類似，但無論採用何種方法，都必須十分注意眼睛的安全，不能讓陽光傷害眼睛。通常有以下幾種方法：

1、目視法：藉助濾光鏡（巴德膜）或電焊防護用的黑玻璃等減光片，肉眼就可觀察到“金星凌日”。從保護眼睛的角度看，無論什麼方法，觀看“金星凌日”，持續時間都不要超過10秒。

2、攝影和錄像法：用裝濾光膜的相機或攝像機把“金星凌日”的過程記錄下來，供日後研究、觀賞。

3、望遠鏡法：在望遠鏡前方（物鏡）裝上濾光膜（巴德膜）觀察，可觀察“金星凌日”的大氣現象和“黑滴”現象。

4、投影法：通過望遠鏡，把太陽投影到白色的板面上進行觀察。這樣做，安全可靠，又可供多人同時觀看。

世界上第一個用肉眼觀察金星凌日的人是阿拉伯自然科學家、哲學家法拉比（870至950年），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。”據分析，法拉比目睹到這次金星凌日發生在公元910年11月24日。

世界上第一個向世人預告金星凌日是德國偉大的天文學家開普勒(1571至1630年)。他在1629年出版的《稀奇的1631年天象》一書中寫道：1631年12月7日將發生金星凌日。

世界上第一個用天文望遠鏡觀察金星凌日是英國的天文學家霍羅克斯(1619至1641年)和克拉布特里。他倆在1639年12月4日用望遠鏡觀察到十七世紀最後一次金星凌日。

世界上第一個提出用金星凌日測量太陽視差和日地距離（天文單位）的人是英國天文學家哈雷（1656至1742年），他在1716年建議在世界各地聯合觀察金星凌日，並論述了利用金星凌日測量太陽視差的方法，這是當時精確測定太陽視差的理想方法。

世界上第一個發現金星有大氣存在的人是俄國科學家羅蒙諾索夫。他在1761年6月6日在聖彼得堡附近的天文台進行了認真觀測。他發現，當金星凌日剛剛開始，看到金星邊緣剛剛與太陽邊緣接觸時，在金星周圍有一非常模糊的微微發亮的圓環。經過仔細分析，他認為，在金星周圍應該存在大氣，當金星接近太陽時，太陽光經過的大氣折射在金星周圍形成亮環。這是第一次指出金星上存在大氣。我們已經對金星大氣有了更多的了解，知道它的主要成分是二氧化碳，還有少量的氮氣等成分。

本世紀最後一次“金星凌日”2012年6月6日早晨上演。2012年6月6日上午06:10，天宇將上演“金星凌日”的精彩天象。這是本世紀的第二次“金星凌日”，也是最後一次，堪稱世紀絕唱。屆時日面上有顆小黑點緩慢走過，持續時間達六個半小時。各地時間如右圖。

在科學史上，金星凌日曾起到過非常積極的作用。1716年英國著名天文學家哈雷發表論文提出了一套利用觀測金星凌日來計算地球與太陽之間距離的方法，從而使人們首次有可能比較精確地獲得太陽系的大小。於是1761年和1769年的金星凌日而成為眾多天文學家競相觀測的目標。1824年德國天文學家恩克發表了對兩次觀測的比較全面的討論結果，得到地球距離太陽1.53億公里，但該值的不確定度較大。因為日地距離是一個最基本的天文常數，日地距離的測定被譽為“最崇高的天文問題”，所以天文學家把更多的精力投入到了1874年和1882年的金星凌日觀測。最後從1882年的觀測結果歸算出日地距離為1.4934億±9.6萬公里。

2004年6月8日金星凌日是21世紀第一次金星凌日。

上一次金星凌日發生在1882年12月6日。

“金星凌日”持續時間通常是幾個小時，本身不具有太高觀賞性，不過是最為罕見天象，它以兩次為一組，兩次之間間隔8年，而每組之間的間隔卻可長達100多年。上一次的“金星凌日”發生在2004年6月8日，2012年6月6日的這次是本組的第二次。而下回再發生這一天象，就要等到2117年12月11日了。

根據預報，本次“金星凌日”，我國是全世界範圍內的最佳觀測點之一，大部分地區都能觀測到從“凌始”到“凌終”全過程。若天氣晴好，屆時公眾會看到有顆“小黑痣”在太陽臉上緩慢劃過。其中金星第一次與太陽表面外切發生在北京時間6時9分41秒，凌終的外切是在12時49分31秒。

公元902年至3097年金星凌日一覽表（北京時間）

已發生的金星凌日

902年11月26日金星從日面北緣掠過

910年11月24日

1032年5月24日至25日

1040年5月22日

1145年11月26日金星從日面北緣掠過

1153年11月24日

1275年5月26日

1283年5月23日

1388年11月26日金星從日面北緣掠過

1396年11月23日至24日

1518年5月26日

1526年5月24日

1631年12月7日

1639年12月4日至5日

1761年6月6日

1769年6月4日

1874年12月9日

1882年12月6日至7日

2004年6月8日

2012年6月6日

預測的金星凌日

2117年12月11日

2125年12月8日至9日

2247年6月11日

2255年6月9日

2360年12月13日

2368年12月10日至11日

2490年6月12日至13日

2498年6月10日

2603年12月16日

2611年12月13日

2733年6月15日至16日

2741年6月13日

2846年12月17日

2854年12月14日金星從日面南緣掠過

2976年6月17日

2984年6月14日至15日

3089年12月19日

3097年12月16日金星從日面南緣掠過

地球軌道以內的水星也可以發生水星凌日之天文現象。水星凌日比金星凌日多得多。而地球軌道外的火星、木星等沒有凌日現象。不過在那裡倒是可以看到“地球凌日”的有趣天象。

另外人造衛星也會凌日。為與自然現象區分開。一般把人造衛星“凌日”叫做“日凌”。日凌會對人造衛星通信造成短暫不利影響。

火星、木星、土星、天王星及海王星同樣會有金星凌日之天文現象。其大小、形狀與地球上觀測到的不同，基本形成原理相同。