[转帖]金星凌日观测专题

Julius

众所周知,2004年6月8日，与我们分别了一百多年的“金星凌日”现象将出现，届时，地球、金星、太阳会呈一条直线，从地球上可见金星就像一个小黑点在日面上缓慢“爬行”。

以下是金星凌日的一些相关资料,希望能够对大家有所帮助!

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Julius

上一次金星凌日发生在122年前，现今在世界上的人，没有一个曾经亲身看见过这一个现象。

其实「凌日」是天文现象中「食」的一种现象，它的原理与日食很相似。地球与内行星（水星和金星）环绕太阳运行当中，三者有机会成一直线，当内行星从地、日间通过，我们就会看见到一个黑点在日面慢慢地掠过，例如：水星凌日，金星凌日就是。金星的轨道和黄道面之间有3.39度的夹角（水星有7度夹角），所以并不是每次合日都有凌日现象发生，只有当金星与地球同时都很接近交点时才会出现凌日。每年六月和十二月地球经过金星轨道的降交点和升交点（图1）附近时，如果金星刚好下合日（图2），就会发生金星凌日的现象。

(图1)：行星的轨道面与黄道面有两个交点，当行星由黄道面南侧向北侧运行时所经过的交点，叫做「升交点」；相反地，由北侧向南侧运行所经过的交点，叫做「降交点」（图片来源：香港太空馆网页）

(图2)：内行星现象

金星的体积虽比月球大，但距离地球较远，因此它凌日时的影子不能到达地球。而且金星与太阳比较，金星视直径接近一角分，大约有太阳的视直径的32分之一，在有太阳滤光镜保护眼晴情况下，无须望远镜的辅助，肉眼亦可以看见。如果我们用望远镜以投影法观测金星凌日，便能见到一颗黑点从太阳面缓缓地掠过。金星凌日现象由于金星公转周期较水星长等因素，所以比较水星凌日更为罕见。金星凌日相隔约105年一次，然后再8年又一次，接着需等121.5年再见到一次，然后再8年又一次。金星凌日上次发生在1874年12月9日及1882年12月6日（图3），两次都是经过升交点位置，下次会在2004年6月8日及2012年6月6日发生，两次都是经过降交点位置。

(图3)：1882年金星凌日照片（相片来源：美国海军天文台）

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Julius

观测条件

这次金星凌日发生的时间，由世界时5时13分起，至世界时11时26分止。过程共6小时12分钟（图4）。在白天能够看见整个过程的地区包括：中国西部、中亚、南亚地区、亚洲西部、中东地区、大部份欧洲地区、东非洲及北非洲。其它地区包括：日本、东南亚、澳洲及西太平洋等只见凌始现象。而西非洲、大西洋及南、北美洲东部只见凌终现象。新西兰，南、北美洲中部和西部，太平洋、南极地区则现象发生时正在夜晚所以看不见凌日现象（图5）

(图4)：金星凌日时刻及路径图

(图5)：2004年世界各地区见凌日情况（图片来源：Fred Espenak）

天气状况

从世界各地六月份日间的平均云量分布情况（图6）来看，中东、沙地阿拉伯、东北非洲，东南非洲都是观测整个金星凌日理想的地方，看到整个过程的机会有八至九成以上。香港位于亚热带地区，六月份见金星凌日的机会只有三至四成。如果这次因天气不能看见金星凌日现象，下次2012年六月六日的金星凌日因为相同的季节的原故，机会亦只有三至四成。

(图6)：六月份世界各地日间的平均云量分布情况 （图片来源： Jay Anderson）

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Julius

观测项目

　　1677年11月7日哈雷（Edmond Halley）观测水星凌日后，认为在地球上不同地区，测定内行星凌日时刻，可以精密量度太阳视差（现今IAU采用值是8.794角秒）并且可以计算天文单位（地球至太阳的平均距离）的准确数值，这个数值对于当时了解整个太阳系大小的准确程度有极重要的意义。由于金星比较水星更接近地球，有更大的视差，所以比水星更加适合用来量度地球至太阳的距离。他建议1761年6月6日和1769年6月3日的金星凌日，组织大规模的金星凌日观测活动，前往世界各地来测定太阳视差。虽然当时世界各地都有按照哈雷的建议进行金星凌日的观测，但由于凌始及凌终时，金星在太阳表面有黑滴现象（Black drop effect）一种当金星在凌始内切后和凌终内切前，金星与太阳边沿接近时因地球大气扰动和太阳临边昏暗产生的光学现象，引至金星变成拉长了的影像（图9），由于金星有大气层，加强了这种现象的效果，所以金星凌日的黑滴现象比水星凌日更加严重。这种现象限制了目视及传统摄影方法对于金星凌日接触计时的精确程度。

(图9)：黑滴现象（图片来源：Chuck Bueter）

其后1874年12月9日及1882年12月6日的金星凌日，美国政府当时花了很多金钱在这两次金星凌日，到世界各地做了相当大规模的观测，但因为相同的黑滴现象而无法精确测定金星和太阳边沿接触时间。计时误差1秒相当于太阳视差有0.014 角秒的错误，而黑滴现象引至有数秒的错误，由于误差过大，以至没有采用观测数据，来决定一个天文单位的数值。现在利用雷达的技术，地球和太阳之间的距离（一个天文单位 = 149,597,870 千米），已经能够测定至10千米范围内，无需再利用金星凌日这种天文现象。

虽然现时观测金星凌日，已经没有用来测定一个天文单位准确数值的科学意义。在科学上，金星凌日观测仍然可以用来针对一些好像1999年Henry、Marcy等人发现，在其它恒星系统中的行星凌恒星现象，作为改良现有观测技术及对这一类特殊现象分类的工作。

[此贴子已经被作者于2004-5-23 17:43:46编辑过]

Julius

现代观测方式 金星凌日可以作为天文爱好者欣赏罕见天象，重温以前天文学家观测和计算视差及天文单位的方法，利用这个机会教育市民大众。 随着科技进步，在1761年、1769年、1874年及1882年金星凌日时，无法精确量度到的接触时刻问题，因录像设备的诞生、全球定位卫星的 出现及计时仪器的改进而得到解决。不过在未继续讨论观测方法前仍须提醒大家：

(图10)：爱情是盲目的 – 1769年的一幅雕刻，图中女仕在男友陪同下，试图在没减光设备下观看金星凌日，定必带来盲目的后果。 在没有适当保护眼睛的设备下直接观看太阳会引至永久性的失明 目视观看 金星较水星大，可以用肉眼加上适合的太阳滤光片（图11），不经望远镜可以看见金星成为一个小圆点在日面经过。（图12) (图11) 注意：烟黑的玻璃片，计算机软磁盘片，光盘片，已曝光的底片等并非合适的滤光设备，不宜长时间使用。

(图12)：在有适当保护下，用肉眼、双筒望远镜或正像望远镜看金星凌日的情况 透过望远镜观看

　 通过不同类型的望远镜观看天体，首先要确定望远镜视场中天球的东、南、西、北四个方向。否则在凌始外切时，当金星进入太阳表面的东南偏东方位，可能错误注意太阳表面其它位置（特别是将太阳影像放大的时侯），而错过金星凌日的第一个接触时间。 定东西方向：当望远镜没有追踪时，太阳的移动方向为西。如用投影法，白纸上可按照太阳移动方向昼一直线，写上W或者p（Preceding）领前的方向，另一方为东方E或者f （Following）尾随的方向。 定南北方向：将望远镜移向北方，太阳像离视场的方向为南，进入视埸的方向是北，在白纸上直线的上下两边，按照影像移动的方向，写下南、北的方位。

投影法

　　将太阳影像通过望远镜投影在投影板的白纸上观看金星凌日，是最安全的观测方法之一。这个方法的优点是可以同时几个人观看。投影板的位置有二种：一种是直接接在望远镜的正后方，目镜投射出的影像直接落在后方的投影板上，得到的是一个上下左右相反的倒立像。另一种是使用直角棱镜，将光路转90度，再投射到投影板上（图13），得到的是一个正立的像。采用投影法要注意先将寻星镜除下或者遮盖好，以免参观的观众会好奇地从天文望远镜的寻星镜看太阳。投影用的目镜，亦应该采用较平价的阴性目镜（即目焦点在两片玻璃镜片空位之中间），例如：H或者MH类型，以免强烈的阳光将目镜损坏。

(图13)：投影法 透过望远镜 在望远镜前加上专用的太阳滤镜（图14），先将阳光减弱，便可以直接观看金星凌日。一般口径较大的天文望远镜多数采用这个方法。要注意的地方是太阳滤镜必须稳固地安装在望远镜前面，否则当太阳滤镜跌下时，经遇望远镜聚焦的阳光，可引致观测者立即失明。

(图14)：两种望远镜前用的太阳滤镜 (图14)：望远镜前滤镜法 另外一个方法是用安装在目镜前的太阳滤光镜（图15），将阳光减弱。一般口径较小或较便宜的入门天文望远镜多数采用这个方法（图17）。观测者应检查这些目镜前的太阳滤光镜的固定环，是否已经稍为放松，以便阳光加热时有膨胀能空位，否则经过望远聚焦的高热阳光，会引致太阳滤光镜破裂而引致观测者立即失明。为安全起见，观测者应将望远镜口径用减细至大约50亳米（有些望远镜有减口径用的胶盖）或者购置一个太阳棱镜（图16），太阳棱镜和直角棱镜一样，都可以把光路转到另一侧来观察，但太阳棱镜只反射了大约4~5%的光，其余95~96%的强光和高热都从棱镜斜面处的后方散出，所以在观察金星凌日时，危险性就降低了许多。不过使用太阳棱镜时，仍然要配合使用其它的减光措施，如主镜前减光或目镜装上太阳滤镜减光，不减光的话，仍然是不可以直接观察金星凌日的。 (图15)：目镜前的太阳滤光镜

(图16)：太阳棱镜

(图17)：镜后滤镜法

[此贴子已经被作者于2004-5-23 18:01:11编辑过]

Julius

摄 影

　　观测者除了观看欣赏外，也可以用相机拍摄金星凌日的现象和过程。现在流行的数码摄影机和网络摄录机（Web camera）更可以将利用计算机图像处理，将拍摄金星凌日过程不同的位置，合成一幅凌日路径图（图18）。无论数码摄影机或者网络摄录机，首先跟望远镜接合，除了可更换镜头的数码摄影机外，一般都需要用目镜或巴洛镜投影到摄影机上，如果网络摄录机须要再用跟机的录像程序，将太阳和金星的影象以AVI格式储存（需要关闭录音功能），再配合一些好像Astro Stack或者Photoshop等程序，来将影象进行处理。亦可挑选影片中质素较好的影像来处理，得出各种不同的效果。

由于「凌始外切」无论是接触位置或接触时刻都是最难掌握，对于拥有Hydrogen Alpha单色光太阳滤光镜（图19至21）的同好，除了能够在金星凌日前欣赏太阳日珥之外，更可以将预定凌始位置放大，透过太阳边沿的火焰做背景，可以预先看见金星的踪影。图二十和二十一是SOHO 和TRACE卫星单色光的水星凌日照片，可以看见水星接近太场边沿时，比较普通白光情况下，相对地较容易辨认。

(图18)：2003年水星凌日过程不同的位置，合成一幅凌日路径图（图片来源：SOHO卫星网页）

(图19)：Hydrogen Alpha单色光太阳滤光镜

(图20)：单色光的水星凌日照片（图片来源：SOHO卫星网页）

(图21)：单色光的水星凌日照片（图片来源：TRACE卫星网页）

[此贴子已经被作者于2004-5-23 18:07:25编辑过]

Julius

最后还有一点,http://www.transitofvenus.org/index.html

是个有各式各类与金星凌日有关网络连结的网页，资料相当齐备，有兴趣的可到上址浏览

lzq0119

都看完了吗？

Julius

还没有

字真

非常好！看完了长了不少知识呢。

6月8日我们社会组织社内观看吗？

流火zeal12

Julius 辛苦了！！！！！！！！

大家多多支持哦！！不过最好讲讲我们校的准备！！！！！！！

Julius

保卫一直在紧张策划呢,详情到了观测那天你们就会知道了

玉衡

这种事情也要有悬念？

字真

就是呀……哪能这样哪……

玉衡

不过还是希望明天的活动能够顺利一点

毕竟快高二了 这应该是高一的最后一次活动了

大家都加油哦~~

怀念中~~