书城自然科学发现之旅:太空百态
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第7章 凌日

游侠引言:

我们在观看电视和收听广播的时候经常听到凌日这个词,如金星凌日、水星凌日等等。人们都说在凌日发生的时候,就像是太阳的脸庞上多了一颗"痣"。这颗"痣"是什么?发生凌日的时候都这样的景观吗?下面我们就一起来看一看这一节。

正文

凌日是指地内行星圆面经过日面的现象。水星和金星距离太阳比地球距离太阳近,在绕日运行过程中有时会处在太阳与地球之间。这时,地球上的观测者可看到一小黑圆点在日面缓慢移动,这就是凌日现象。

凌日是内行星经过日面的一种天文现象。水星和金星的绕日运行轨道在地球轨道以内,称内行星。它们距离太阳比地球近,在运行过程中有时经过太阳与地球中间,在地球上的人们可观测到一个小黑圆点在日面缓缓移动,这就是凌日现象,水星凌日平均每一百年发生13次,这次凌日过后,要到2016年才会发生水星凌日。

凌日是内行星才会有的天象,而且它的发生肯定与它的视运动有关,那么我们就来介绍一下这方面的情况。内行星永远只是在太阳附近来回摆动,它们相对于太阳的位置有这么几种情况:地球、内行星和太阳处同一方向上的时候,内行星在地球和太阳之间时称作下合,内行星在地球和太阳的延长线方向时称作上合,在上合和下合的前后,各有一段时间,内行星离太阳太近而被太阳光淹没,通常我们看不见它们。内行星与太阳的角距离最大时,称为大距,又有东大距和西大距之分。显然,内行星东大距时,位于太阳的东面,我们可以在太阳落山前后在西地平线上看到它,被称为昏星;内行星西大距时是晨星,可以在太阳升起前后在东地平线上看到它。水星和金星的大距分别不会超过28°和48°。

金星

法国天文学家皮耳-伽桑狄于1631年首次观测到水星凌日的现象。而金星凌日则于1649年由杰里梅-霍洛克斯以及威廉-克拉布特里首先观测到。

金星有凌日现象,它以两次凌日为一组,两次凌日间隔8年,但两组之间的间隔却长达一百多年,因此金星凌日是百年难遇的。金星凌日看起来就像太阳面庞上的一颗黑痣。英国天文学家哈雷曾提出利用观测凌日可得出精确的日地距离。俄罗斯天文学家罗蒙诺索夫在1761年观测金星凌日时发现了金星大气。19世纪,天文学家通过观测金星凌日成功地得出日地准确距离。

金星凌日,就像日食、月食一样,也是一种交食现象,只是由于金星的视圆面大大小于太阳的视圆面,才使得它表现为在日面上出现一个缓慢移动的小黑点。

金星凌日

所谓"凌"就是侵犯的意思,因而金星凌日就是指金星不小心"侵犯"了太阳。由于金星面积比太阳小的多,因而金星凌日就是使太阳上冒出一个小黑点。一般会发生凌日现象的行星只有金星和水星。因为只有金星或水星才会走到太阳和地球之间。由于水星或金星和地球运行轨道并不在同一平面,因而三者并不见得在同一直线。当三者处于同一直线时,从地球上看去就会发生凌日现象。

金星凌日有四个重要的时刻:凌日开始时,金星的圆面与太阳圆面相外切,这就是凌始外切;随着凌日的进程,当金星完全进入日面的一瞬间,金星与日面内切,此时称为凌始内切;当金星凌日快要结束时,在日面的另一侧,金星再次与日面内切,称为凌终内切;紧接着就是金星完全脱离日面的一瞬间,称凌终外切。至此,整个金星凌日结束。

金星凌日全过程

当地球与太阳和火星连成一线,在火星上便可看到地球凌日,在太阳的位置可看到地球的黑点通过。比起水星和金星凌日,地球凌日会较为有趣,因每次凌日大多可同时看到月球的黑点,但有时则会在其中一个天体凌日后,另一个才开始凌日。例如1800年和将于2394年在火星上出现的地球凌日。人类从未有踏足火星的记录,因此没有人看过地球凌日。下一次凌日将于2084年11月10日发生,届时如果人类能成功登陆火星,他们将有机会亲眼目睹此奇观。上一次地球凌日发生于1984年5月11日。1971年,作家亚瑟·克拉克曾编着一部短篇科幻小说名为《地球凌日》,讲述一名逃出生天的航天员在火星上观赏到1984年的地球凌日。该故事于1971年1月号的《花花公子》杂志首登。在火星上除可观测地球凌日外,还可观测到水星凌日、金星凌日和两颗卫星造成的日食--火卫一日食和火卫二日食。火星上每284地球年(151火星年)会发生4次地球凌日,其间隔分别为100.5、79、25.5和79地球年,而地球月份则为5月和11月。

金星上的闪电

地球每年6月8日和12月10日的前后分别经过金星轨道的降交点和升交点,因此,金星凌日只能发生在这两个日期的前后。在降交点和升交点日期的前后,如果日金地三者恰好排成一条直线(下合日),就会发生金星凌日。2004年6月7日金星过降交点,6月8日金星下合日,所以出现了金星凌日。

我们知道,不仅金星有凌日,水星也有凌日,但是火星、木星、土星、天王星和海王星则都没有凌日。这是因为水星和金星都是在地球的公转轨道内侧环绕太阳公转(这样的行星叫内行星),它们有机会从太阳和地球之间通过,这是产生行星凌日的必须条件。而火星、木星、土星、天王星和海王星都是在地球公转轨道的外侧环绕太阳公转(这样的行星叫外行星),它们不可能从太阳和地球之间通过。

观测金星凌日如同直接观察太阳,特别需要注意安全,以免灼伤眼睛。用以下几种办法进行观测。

百年奇观金星凌日瞬间

一是可以到天文馆或天文台,在专家的指导下进行观测,有条件的可以使用望远镜投影放大观测法,即将望远镜指向太阳,再直接观察投影板上的成像。挑选望远镜时,最好选择焦距较长的。但要注意不要让望远镜长时间指向太阳,以免镜片过热而损坏。

二是使用特别的减光装置后,直接用肉眼进行观测。可以购买由特制的镀铝薄膜做成的太阳观测卡,但使用之前应仔细检查镀膜是否完好,以及是否有小孔等瑕疵。

这两种观测方法相比,前一种方法更好,人们借助天文望远镜可以更好地欣赏金星凌日奇观。他特别提醒观测者,千万不能只使用日常的太阳镜观测金星凌日。同时,无论采取什么样的方式进行观测,都不要长时间地凝视太阳,要经常让眼睛休息片刻。

观测金星凌日

如果天气晴朗,借助天文望远镜可以发现金星凌日过程中的许多有趣现象。在凌始和凌终时,由于太阳边缘和内行星边缘互相靠得很近,人们会发现有非常细的丝将两个边缘连接,这就是凌日时的黑滴现象。它是由大气层的视宁度、光的衍射以及望远镜"极限分辨率"等多种作用造成的视轮边缘的模糊现象。而在入凌和出凌时,金星视面边缘有时会镶上一丝极细的"晕环"或"光环"。这是由于金星大气层顶部反射、散射太阳光形成的。另外,如果当天日面上黑子较多,还可能出现金星掩太阳黑子的现象。

金星,呈金黄色,是天空中最亮的星体。金星,中国古称"太白金星",若处晨称"启明星",若处黄昏则称"长庚星"。

金星是距离地球最近的行星,平均距离约4150万千米。金星半径为6073千米,比地球半径仅小300千米,体积是地球的0.88倍,质量是地球的81.5%,平均密度略小于地球,为地球的95%,金星的表面温度高达447摄氏度。另外,金星周围也有大气和云层。它和水星一样,是太阳系中仅有的两个没有天然卫星的大行星。金星的大气层厚重浓密而奇特,其主要成分为二氧化碳,约占97%以上。因此导致金星上的"温室效应"极其强烈。金星的大气密度是地球的100倍,其大气活动剧烈,大气层中有频繁的闪电和雷暴。金星基本上没有磁场。它的地势比较平坦,但地貌复杂,其内部结构从理论上可推出应与地球类似,但还有待观测证实。因此,人们常称金星是地球的姐妹行星。

金星自转方向为由东向西(与地球自转方向截然相反),所以金星上看太阳竟是西升东落。而且,金星自转周期长达243天,公转周期约为224.7日,也就是说,金星的"一天"比"一年"还长。所以金星上的一昼夜相当于地球上的117天。

金星像月亮一样有圆缺朔望的变化,这一点曾支持了哥白尼的日心说。金星的公转轨道很接近于正圆,且与黄道面接近重合。其但其自转周期却为243日,金星是太阳系内唯一逆向自转的大行星。金金星有凌日现象与"金星蚀"现象,它们都是百年难遇的。

〔问题在线〕:

凌日现象并不像日珥那样瑰丽壮观,那么研究它有什么科学价值吗?

〔专家释疑〕:

2004年6月8日的金星凌日现象,使全球天文学家和爱好者有幸目睹这一百年不遇的天文奇观。"金星凌日"是指金星将从地球与太阳之间经过,成为一条直线。一些天文学家认为,研究"金星凌日"不仅有助于揭示太阳系的奥秘,还能帮助科学家探索太阳系外行星。

〔探索指南〕: