我们有生以来最后一次金星凌日将如何帮助我们寻找其他行星

明天，全世界的天文爱好者将仰望星空，欣赏过去五个世纪中仅出现过七次的奇异景象。2117 年之前的最后一次金星凌日是天文庆典和历史意义的盛事——我们将看到有史以来最伟大的天文学家不远万里前来观看的景象。

但这一次，金星的黑点遮挡了部分太阳，这比以前的天文学家所期望的要多得多。这种现象在我们的银河系中一直都在发生；数千次，甚至数百万次系外行星凌日现象正在帮助天文学家寻找其他恒星周围的行星。再次观察金星的这一现象将有助于精确地搜寻那些遥远的系外行星。

“金星凌日现象现已从历史研究转变为 21 世纪科学研究的当代课题，与天文学领域最有趣、最重要的研究之一——系外行星研究有关，”马萨诸塞州威廉姆斯学院天文学教授杰伊·帕萨乔夫 (Jay Pasachoff) 说道。“约翰尼斯·开普勒 (Johannes Kepler) 的预测既有先例，也有先例。他于 1631 年预测了金星凌日现象，现在他能够使用凌日法研究金星凌日和系外行星凌日。”

“关心金星就是关心我们自己。”帕萨乔夫将在毛伊岛哈莱阿卡拉山顶观察金星凌日，同事们将通过遍布美国的望远镜观察。他们将通过一台巨型光谱仪研究金星的大气层，研究大气层对光线的偏振，以确定其成分。全球和太空中的天文台将聚焦太阳和穿过其北半球的金星圆盘。甚至哈勃太空望远镜也将通过观察月球来观察，因为直视太阳太敏感了。（单击此处了解如何观看。）

金星凌日究竟是什么？金星凌日最多一个世纪出现两次，第二颗行星的轨道会将其夹在太阳和地球之间，使它成为一个遮住部分太阳的小点。这种情况在八年内发生两次，100 多年后才会再次发生。周二之后，直到 2117 年才会再次发生。

在大多数情况下，这超出了人类寿命的极限——即使是哈雷彗星的周期为 76 年，在人的一生中也可能出现两次。但这种罕见的凌日更加特殊。

开普勒于 1631 年预测了这一点，文艺复兴晚期欧洲的天文学家在 1639 年也努力观测到了这一点。在接下来的两个世纪里，国际上出现了许多大胆的探险队，他们前往地球上最好的观测点，天文学家们试图解答一个关键的宇宙问题：地球到太阳的距离。开普勒还计算出了行星与太阳距离的比例，所以如果有人能计算出其中一个距离，就能确定所有距离。更妙的是，这可以帮助测量视差。通过确定恒星相对于地球的位置变化（也许在两个季节内），你就可以确定它有多远。但你需要太阳与地球的距离作为变量之一。

最棒的是，凌日行星本身的景象令人眼前一亮。帕萨乔夫解释说，研究金星的天文学家希望确定它的大气层是如何变得足够热以熔化铅的。欧洲航天局的轨道飞行器“金星快车”正在对这个问题提供一些启示，但它一次只能穿过大气层的一部分。太阳将照亮整个大气层，这是帕萨乔夫在 2004 年的上一次凌日期间首次观察到的现象。

当行星处于凌日的边缘时，其自身的圆盘部分位于太阳圆盘前方，其大气中折射的阳光使圆盘完整，使圆盘完整。天文学家可以通过观察这道折射光弧来研究行星的大气层——他们可以将此技巧用于金星以及遥远的系外行星。帕萨乔夫说，美国宇航局的过渡区和日冕探测器 (TRACE) 卫星在 2004 年观测到了这一现象，现在更新的太空设备将以比上次高出一倍以上的分辨率来观测它。他说，这种现象最初是在 1882 年的上一次凌日期间报告的，但之后并没有引起太大的关注。

位于美国国家太阳观测站萨克拉门托峰新墨西哥州设施的太阳天文学家将通过专门购买的光谱仪和成像光谱仪进行观测。帕萨乔夫说，二氧化碳光谱仪不是太阳科学家常用的工具，因此美国天文学会和国家地理学会提供了资助。“然后他们可以把这个滤光片放在一边 105 年，直到它再次有用，”他说。

研究金星的大气层将有助于解答一些问题，即尽管金星和地球有许多相似之处，但为何它们会变得如此不同。巴黎天文台的行星科学家托马斯·怀德曼 (Thomas Widemann) 表示，金星的大气层几乎比地球的大气层大 100 倍，主要由二氧化碳组成。他在美国宇航局的一篇新闻报道中解释说，没有人知道原因。“我们的模型和工具无法完全解释金星，这意味着我们缺乏了解我们自己星球的工具，”他说。“关心金星就是关心我们自己。”

大气折射也是过去与现在的另一个有趣的联系——为了更好地了解我们的祖先上次金星穿过太阳时看到了什么，加利福尼亚州威尔逊山等地的天文学家将通过古董望远镜进行观察。

“对 18 世纪观测结果的解读中存在一些严重的问题，这些问题或许可以得到解决，”帕萨乔夫说。“我们将更好地理解可能看到的东西。”

这些问题也将影响开普勒太空望远镜及其使用凌日法探测系外行星。正如 18 世纪的凌日为测量我们的太阳系建立了基线一样，这次新的凌日也将为测量新的恒星系统建立基线。开普勒会观察行星在其恒星表面移动时出现的亮度突变。我们已经对金星了解很多，这次凌日之后，我们将对其大气层有更多了解——我们对太阳以及其当前活动增加的周期了解很多（这使得我们通常静止的恒星成为其他恒星的更好替代物）。因此，天文学家将能够为亮度突变建立基线，从而有助于改进开普勒的测量。

帕萨乔夫解释说：“当我们确切地知道金星及其大气层是什么样的，以及太阳黑子和边缘是如何围绕太阳旋转的，我们将能够更好地理解系外行星凌日现象，在凌日现象中，我们只能看到模糊的光线，而无法将系外行星和它的母恒星区分开来。”

因此，对于现代天文学家来说，行星凌日现在属于星云的范畴，这是之前任何一位金星凌日观察者都无法想象的。帕萨乔夫说，他也无法想象他的继任者会在他的笔记中寻找什么，或者他们会如何使用 2117 年的凌日。

“我感到有责任帮助提供尽可能多的观测这次凌日的地点。现在正值 21 世纪初，我们不知道哪些数据可能对 22 世纪的天文学家有长期用处，”他说。“我现在能做的就是尽我所能，利用当代技术获得尽可能完整的观测数据。但知道这是我们最后的机会，这无疑会给我们带来额外的压力。”