6月6日將能觀賞極其罕見天象金星凌日

　　今年6月6日人們將能觀賞到金星凌日奇景。說是奇景，因為是極其罕見的天象。屆時金星看起來是一個小小的黑點，從太陽的東邊緣進入，在明亮的太陽圓面上緩緩移行，歷時6個小時，最后從太陽西邊緣移出。金星侵入到日面，“凌”正是侵犯的意思，所以稱凌日。人類關(guān)注金星凌日已有數(shù)百年之久。

　　金星的視運動

　　金星的軌道在地球軌道之內(nèi)，它與水星一起，通常稱為內(nèi)行星或地內(nèi)行星。它到太陽的平均距離約0.72天文單位（1天文單位為1.5億千米)，公轉(zhuǎn)周期為224.695日。

　　金星從太陽的東邊緣進入，在明亮的太陽圓面上緩緩移行，歷時6個小時，最后從太陽西邊緣移出

　　當(dāng)一顆內(nèi)行星繞太陽公轉(zhuǎn)時，地球上會看到一些重要的運動特征。如東大距和西大距，它們是從地球上看內(nèi)行星與太陽距離的張角最大的地方。對金星而言此角為45°~48°。金星的東大距發(fā)生于夕陽西下之后，這時候的金星又以長庚星為名閃耀夜空；而西大距則發(fā)生于朝陽東升之前，這時候的金星作為啟明星高懸蒼穹。若通過望遠鏡觀測，可以看到被太陽照亮的金星正巧有一半面向觀測者，呈現(xiàn)出與月亮上弦或下弦相類似的位相。內(nèi)行星還會出現(xiàn)上合（行星位于地日連線的外側(cè)，也稱為外合）和下合（行星位于地日連線的內(nèi)部，也稱為內(nèi)合）的天象，從地球上看去它們與太陽在同一方向上，但一般來說，除了下合時發(fā)生凌日這一特殊情況外，此時我們看不到它們。

　　與凌日密切相關(guān)的是下合。根據(jù)地球和金星的會合周期以及它們各自的公轉(zhuǎn)周期就可以很容易地算出下合時間來。在連續(xù)兩次下合期間，地球轉(zhuǎn)過了1.5987周（360°+215°31），而金星則要轉(zhuǎn)過2.5987周（720°+215°31）。以2004年6月8日的這次金星下合（這一次適逢凌日）為例，其后的第一次下合發(fā)生在2006年1月13日，以下的第二次至第五次發(fā)生在2007年8月18日、2009年3月28日、2010年10月30日和2012年6月6日（這一次又是凌日）。

　　若內(nèi)行星下合時，地球、該行星和太陽三者恰好又位于一直線上，這時就發(fā)生凌日了。由于行星的視直徑遠比太陽小得多，所以它在太陽表面只能呈現(xiàn)為一個小黑點。并不是每一次金星下合都會發(fā)生凌日，這是因為金星繞日運動的軌道面與黃道面有傾角，這個傾角約3°24。只有當(dāng)金星運行到其軌道面與地球軌道面的交線的同時又處于下合時，才會看到金星凌日。在天文學(xué)上討論天體的運動時，把天體連同它們的軌道都投影在天球上，地球軌道面在天球上的投影稱為黃道。金星軌道面與地球軌道面的交線在天球上投射出兩個交點。當(dāng)金星沿著軌道運行，從黃道以南進入黃道以北所經(jīng)過的交點稱為升交點，反之，另一個交點稱為降交點。在升交點和降交點都能發(fā)生凌日。

　　根據(jù)計算，金星凌日平均每243年才發(fā)生4次。水星凌日的情況也類似，可是頻次要高得多，平均每世紀(jì)發(fā)生13次。

　　金星凌日的周期

　　從金星的公轉(zhuǎn)周期和地球的公轉(zhuǎn)周期（365.25636日）可以算出從金星的一次下合到下一次下合的時間間隔（會合周期）為583.92日。從數(shù)學(xué)上容易理解，金星凌日的周期必須既是會合周期的倍數(shù)，又是金星公轉(zhuǎn)周期和地球公轉(zhuǎn)周期的倍數(shù)。天文學(xué)家們計算出的243年的金星凌日周期，約為88757日，相當(dāng)于152個金星會合周期，395個金星公轉(zhuǎn)周期和243個地球公轉(zhuǎn)周期。經(jīng)過這段時間間隔后，金星與地球差不多同時回到各自軌道上的同一位置。

　　地球大致上在每年12月10日前后經(jīng)過金星軌道的升交點，在每年6月8日前后經(jīng)過金星軌道的降交點，因此金星凌日只能發(fā)生在這兩個日期前后。

　　金星軌道面與黃道面的夾角導(dǎo)致并非每次下合都會凌日。另一方面，這個夾角的大小又決定了相隔8年形成一組凌日的特點。設(shè)想若太陽在天空只是如同金星般大小的一個“光點”，則必然要求金星正好到達交點上時才會發(fā)生下合，進而形成凌日現(xiàn)象。事實上，太陽在天空中是一個有一定大小的“光盤”，它的視直徑平均約為32′。這樣，當(dāng)金星在天空運行到與交點有一定角距離下合時，仍能發(fā)生凌日?？紤]到這種情形有可發(fā)生在交點的東、西兩邊，所以這樣一段距離的極大值的兩倍稱為凌日限。只要金星下合在凌日限內(nèi)發(fā)生，就能觀測到金星凌日。在觀測者位于地心的理想狀態(tài)下，凌日限的寬度約為8°，即在交點之東和之西各4°?？紤]到各種具體情況，實際上凌日限約為6°左右。例如2004年6月8日下合發(fā)生凌日時金星在軌道上位于降交點之東1°24′（我們把軌道上的這一點稱為凌日點），而2012年6月6日下合時凌日點將在降交點之西1°1′，都在交點之東或之西的3°之內(nèi)，故這兩次下合之際都能觀測到凌日。這兩次凌日相差8年（少兩日），而凌日點向西移動了2°25′。

　　前面給出的金星會合周期約為1.5987年，近似為1.6年，所以8年前后的兩次凌日，正好經(jīng)過了5次下合。我們知道，兩次相鄰會合的會合點之間相距約216°，而五次以后的會合點，則幾乎回到了原來的位置上了。因為216°×5=1080°（360°×3），也就是會合點移動了3周。但是，請注意實際的會合周期比1.6年要略小一些，這使得實際上五次以后的會合點移動了1077°35。這就是說，五次以后的會合點，比原來的位置要向西移動約1080°-1077°35=2°25。金星與黃道的交點（升交點和降交點）也在移動，移動的速度平均約0.0090°/年。以這樣小的移動速度，交點在8年內(nèi)的移動量才約4，相對于會合點的移動完全不會產(chǎn)生可觀的影響。以2004年6月8日與2012年6月6日兩次凌日的情況為例，可以看出，這兩次相鄰凌日之間，也就是五次會合之后，凌日點（也就是會合點）向西移動了2°25。2004年的凌日是在凌日限之內(nèi)，8年以后會合點雖然西移了，但仍在凌日限之內(nèi)，所以2012年也會發(fā)生凌日，而且由于凌日點西移了2°多，凌日發(fā)生的日期提前了2天。

　　那么，再過5次會合之后的2020年，會合點再要西移2°多，將會越出凌日限。以后每過五次會合，會合點不斷西移，每過8年才移動2°多，何其緩慢！一直要等到會合點移動進入另一個交點的凌日限內(nèi)才會再次發(fā)生凌日。這一等就是一百多年！那時，凌日點在凌日限內(nèi)移動1次，不會越出界限；再移動1次，卻到了凌日限之外了。所以，發(fā)生金星凌日總是一組兩次，相隔8年。

　　對于8年的金星周期，我國的天文學(xué)家早在2200多年前就發(fā)現(xiàn)了。成書在西漢的《五星占》寫道：“五出，為日八歲，而復(fù)與營室晨出東方。”這是說金星的五個會合周期恰好等于8年，即金星在8年前或8年后會在相同的時間里復(fù)現(xiàn)在相同的星座。這說明我國古代天文學(xué)家早已掌握了金星與地球在運行中相對位置變化的規(guī)律。

　　金星凌日可分為兩種：一種是降交點的金星凌日，它發(fā)生在6月8日前后。這時金星由北往南經(jīng)過日面；另一種是升交點的金星凌日，它發(fā)生在12月10日前后，這時金星由南往北經(jīng)過日面。人們可能以為，降交點和升交點的金星凌日是成對地交替出現(xiàn)的，在數(shù)量上不分軒輊。其實不然，兩者在數(shù)量上并不相等，降交點的金星凌日比升交點的多。例如，通過計算可知，從公元902年至3097年，共出現(xiàn)19組金星凌日，而能觀測到的只有33次，其中降交點凌日有19次，而升交點凌日只有14次。原因在于，金星在降交點時，距離地球較遠，達4321萬千米；而在升交點時，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(fā)生的幾率就較高。

　　從降交點凌日到升交點凌日經(jīng)過105.5年，而從升交點凌日到降交點凌日則要經(jīng)過121.5年。相比之下，后者比前者多16年，也就是兩個五次會合。在降交點凌日時，凌日點偏于凌日限的西邊緣。當(dāng)經(jīng)過13個五次下合加上1年半（共105.5年）之后，凌日點進入升交點凌日限的東邊緣。在發(fā)生兩次凌日，凌日點離開升交點凌日限后，凌日點要多向西移4°多才能進入降交點的凌日限，這就是由降交點凌日到升交點凌日要多16年（2個五次下合）的原因。

　　金星軌道的兩個交點是自西向東移動的，在短期內(nèi)這種移動的影響不大，但是經(jīng)過長時期的日積月累，效應(yīng)也就顯現(xiàn)了。2004年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2°11，對于地球的軌道運動來說，必須再過兩天才能到達這個交點。