金星與金星凌日

張 嵐

（寧夏民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 吳忠 751100）

2012年6月6日，罕見天象“金星凌日”精彩上演.我國是全球最佳觀測(cè)點(diǎn)之一，大部分地區(qū)觀測(cè)到了金星凌日現(xiàn)象.金星凌日以兩次為一組，天文學(xué)中把相隔時(shí)間最短的兩次凌日現(xiàn)象分為一組，之間間隔8年，而兩組之間的間隔卻長(zhǎng)達(dá)100多年.本組上一次的金星凌日發(fā)生在2004年6月8日，2012年6月6日是本組的第二次凌日現(xiàn)象，圖1為發(fā)生于2012年6月6日的金星凌日，最左側(cè)的圓形黑點(diǎn)是金星，其他黑色斑點(diǎn)是太陽黑子.而下一次再發(fā)生金星凌日將要等到2117年12月11日.

圖1

1 金星概況

金星（Venus）是太陽系中八大行星之一，按照距離太陽由近及遠(yuǎn)的次序排在第2，是離地球最近的行星.金星的體積是地球的0.88倍，質(zhì)量為地球的4／5，在大小、密度、質(zhì)量、外表各方面很像地球，是一顆類地行星.在八大行星中金星的軌道偏心率最小，最接近圓形.金星的繞日公轉(zhuǎn)軌道處于地球軌道的內(nèi)側(cè)，屬地內(nèi)行星.因此，我們看到金星的時(shí)候，不是在清晨，就是在傍晚，并且分別處于天空的東側(cè)和西側(cè).金星在夜空中的亮度僅次于月球，只有在日出稍前或者日落稍后才能達(dá)到最大亮度.因此，中國古人稱其為“啟明”或“長(zhǎng)庚”，也稱為“太白”或“太白金星”.當(dāng)金星黎明前出現(xiàn)在東方天空，被稱為“啟明”星；當(dāng)它黃昏后出現(xiàn)在西方天空，被稱為“長(zhǎng)庚”星.

金星是全天最亮的星，亮度最大時(shí)為－4.4等，猶如一顆耀眼的鉆石，羅馬人將它喻為愛與美的化身——維納斯女神，因此金星也稱做維納斯（Venus）.金星周圍有濃密的大氣和云層，天空是橙黃色的，就像披著一層神秘的面紗，只有借助于射電望遠(yuǎn)鏡才能穿過這層面紗了解到金星表面的本來面目.金星的大氣主要由CO2組成，濃厚的大氣產(chǎn)生了強(qiáng)烈的溫室效應(yīng).溫室效應(yīng)使得金星表面溫度高達(dá)465℃至485℃，并且基本上沒有地區(qū)、季節(jié)、晝夜的差別，還造成金星的大氣壓強(qiáng)非常大，約為地球的90倍.金星地表和空氣中都沒有水份存在.金星表面大部分由熔巖流覆蓋，地表火山密布，是太陽系中擁有火山數(shù)量最多的行星.金星繞太陽公轉(zhuǎn)周期約為224.70天，但其自轉(zhuǎn)周期卻為243.01天，金星的自轉(zhuǎn)方向與地球相反，是自東向西.因此，在金星上看，太陽是西升東落的.

人類對(duì)金星的探測(cè)已有50多年的歷程，前蘇聯(lián)和美國從20世紀(jì)60年代起就展開了探測(cè)競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)揭開金星的秘密傾注了極大的熱情.迄今為止，發(fā)往金星或路過金星的各種探測(cè)器已經(jīng)超過40個(gè)，獲得了大量的有關(guān)金星的科學(xué)資料.前蘇聯(lián)發(fā)射的“金星”系列飛船，對(duì)金星做了近距離觀測(cè)和著陸探測(cè).美國發(fā)射的“水手”系列金星探測(cè)器、“先驅(qū)者－金星”1號(hào)和2號(hào)探測(cè)器、“麥哲倫”號(hào)金星探測(cè)器也都對(duì)金星的全貌和地質(zhì)構(gòu)造做了詳細(xì)勘察.對(duì)金星的空間探測(cè)可謂是碩果累累.

2 金星凌日

金星凌日是金星運(yùn)行到太陽和地球之間，三者恰好在一條直線上時(shí)，金星擋住部分日面而發(fā)生的天象.由于金星軌道在地球軌道內(nèi)側(cè)，在某些特殊時(shí)刻，當(dāng)?shù)厍颉⒔鹦?、太陽恰在一條直線上時(shí)，從地球上可以看到金星就像一個(gè)小黑圓點(diǎn)在太陽表面緩慢移動(dòng)，天文學(xué)稱之為“金星凌日”.金星凌日在原理上類似于日食（即當(dāng)月球運(yùn)行到太陽和地球之間，月球遮住日面而發(fā)生的天象）.雖然金星的直徑大約是月球的4倍，但我們從地球上看金星卻要小得多，只能擋住一小部分日面，這是因?yàn)榻鹦潜仍虑蚓嚯x地球要遠(yuǎn)得多的緣故.

金星凌日可以分為5個(gè)階段：即凌始外切、凌始內(nèi)切、凌甚、凌終內(nèi)切、凌終外切.2012年6月6日的金星凌日，金星第一次與太陽表面外切發(fā)生在北京時(shí)間6時(shí)10分，6時(shí)27分凌始內(nèi)切，9時(shí)30分凌甚，12時(shí)31分凌終內(nèi)切，12時(shí)49分凌終外切.全過程歷時(shí)6小時(shí)39分.金星凌日觀測(cè)中有兩種有趣的現(xiàn)象，即“黑滴”和“光環(huán)”.在凌始內(nèi)切和凌終內(nèi)切時(shí)，即太陽邊緣和內(nèi)行星邊緣互相靠得很近即將接觸時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)有非常細(xì)的絲將兩個(gè)邊緣連接，這就是凌日時(shí)的“黑滴”現(xiàn)象.此外，在金星入凌和出凌階段，有時(shí)候金星視面邊緣會(huì)鑲上一絲極細(xì)的“光環(huán)”，這是由于金星大氣層頂部反射、散射陽光形成的.

金星凌日難得一見，觀察金星凌日與觀察太陽黑子的方法類似，可以借助濾光鏡（巴德膜）或電焊防護(hù)用的黑玻璃等減光片，用肉眼觀察金星凌日；也可在望遠(yuǎn)鏡前方（物鏡）裝上濾光膜（巴德膜），觀察金星凌日的大氣現(xiàn)象和黑滴現(xiàn)象；或者通過望遠(yuǎn)鏡，把太陽投影到白色的板面上進(jìn)行觀察.但無論采用何種方法，都必須十分注意眼睛的安全，不能讓陽光傷害眼睛.在科學(xué)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(xué)家哈雷發(fā)表論文提出了一套利用觀測(cè)金星凌日來計(jì)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知太陽系的大小.在哈雷提出這一方法后，有4次金星凌日受到科學(xué)家的極大重視.1761年金星凌日時(shí)，俄羅斯天文學(xué)家羅蒙諾索夫發(fā)現(xiàn)了金星大氣.1824年德國天文學(xué)家恩克發(fā)表了對(duì)1761年和1769年兩次觀測(cè)的比較全面的討論結(jié)果，得到地球距離太陽1.53×108km，但該值的不確定度較大.因?yàn)槿盏鼐嚯x是一個(gè)最基本的天文常數(shù)（稱為一個(gè)天文單位），所以天文學(xué)家把更多的精力投入到了1874年和1882年的金星凌日觀測(cè)中，最后從1882年的觀測(cè)結(jié)果歸算出日地距離約為1.4934億公里.現(xiàn)在的日地距離值為1.495 978 70×108km.

金星凌日的原理還可用于尋找外星行星.從上世紀(jì)80年代起，天文學(xué)家就開始通過“行星凌星”法來探測(cè)太陽系外其他恒星周圍可能存在的行星.天文學(xué)家設(shè)想，如果有恒星周圍有繞之轉(zhuǎn)動(dòng)的一顆或多顆外星行星，那么我們就有可能觀測(cè)到該行星周期性地從這顆恒星前方通過，這就是“行星凌星”.在行星凌星期間，這顆恒星的亮度會(huì)因遮擋而減弱，并且表現(xiàn)出有規(guī)律的周期性，由此就可探知恒星周圍有行星存在.在宇宙空間尋找到合適的行星，對(duì)地外文明探測(cè)有著重要意義.

金星凌日是比較罕見但可以預(yù)測(cè)的天文現(xiàn)象，根據(jù)地球與金星的繞日軌道運(yùn)動(dòng)情況，金星凌日只能發(fā)生在12月9日和6月7日附近.兩組金星凌日現(xiàn)象之間有漫長(zhǎng)的121.5年和105.5年的間隔，下一組的金星凌日將會(huì)發(fā)生在2117年和2125年的12月.