[译文]Science@NASA 詹姆斯·库克与金星凌日
本帖最后由 sdfrog 于 2012-8-28 22:12 编辑Science@NASA上难得一见的长文，既有天文又有历史，希望大家喜欢。
原文发表于2012年6月2日，作者Dr. Tony Phillips，译文略有修改
大约每过120年便会有一个小暗点从太阳表面划过，细小如尘、如墨的颜色以及近乎完美的圆形都说明它不是一个太阳黑子。不是所有人都有幸见过它，但是那些见过它的人中有一些产生了非常奇怪的感觉，就像是站在南太平洋小岛的海滩上，把脚趾蜷缩在潮湿的沙子中……
从普利茅斯城飘散而来的城市的味道，推开了海边咸湿的空气，在港口中停泊的船只间弥散着。信风已经吹起，风帆已经张开，海鸥在船边翱翔歌唱，出发的时刻到了。 1768年8月12日，三桅帆船“国王陛下奋进号”（简称“奋进号”，也被译作“努力号”；由于美国同名的航天飞机被译作“奋进号”，故译者更倾向于这个译名——译者注）在船长海军上尉詹姆斯·库克（即大名鼎鼎的库克船长——译者注）的指挥下悄悄地驶出了港口，驶向大溪地岛。这座小岛位于南太平洋，一年之前刚刚被欧洲人“发现”，当时那一区域还鲜有人涉足，甚至连制图师也无法确认那里是否还存在着一片大陆。对于库克船长来说，这趟旅行就像是驶向月球或者火星那样艰险。他必须跨越浩瀚无垠的大海，准确地找到这座远在万里之外长度不过30公里的小岛，没有GPS导航，甚至没有一只精确的手表帮他导航。危险的风暴会毫无征兆地出现在他们面前（事实上也真的出现过）、未知的海洋生物在暗中潜伏伺机而动。库克船长已经做好了损失一半船员的准备。
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“奋进号”，来源：HMB奋进号基金会。
不过，他认为为了金星凌日，值得冒这个险。 他在航海日志上写到：“下午2点，“奋进号”驶入了大海并且下了帆，船上共有94人”。船上的年轻博物学家约瑟夫·班克斯（Joseph Banks）就要浪漫得多了：“我们离开了欧洲独自驶向天堂，我们知道路上需要多久，但是也许是永远。” 他们的任务是在1769年6月之前抵达大溪地岛，与当地岛民建立良好关系并建造一座天文台。库克和他的船员们将要观测金星从太阳表面划过这一天象，并根据观测结果计算太阳系的大小。至少，英国皇家科学院是这样期望的，也正是他们资助了这次行程。 太阳系的大小是困扰18世纪科学界的主要难题之一，正如暗物质与暗能量之于今天的科学界一样。在库克生活的时代，天文学家已经知道有六颗行星绕太阳运转（那时，天王星，海王星和冥王星还没有被发现），而且他们也已经知道这些行星之间的相对距离。比如，木星到太阳的距离是地球与太阳距离的5倍（即5个天文单位——译者注）。但这个距离到底是多少公里？那时还没有人知道。 金星是解决这个难题的关键。埃德蒙·哈雷（Edmund Halley）在1716年意识到了这一点。以地球为观察点，金星偶尔会从太阳面前穿过（即金星凌日），这时可以看到有一个乌黑的圆点从太阳面前滑过。如果此时在地球上相距较远的两个地点分别记录下凌日开始（如凌）与结束（出凌）的时间，利用视差原理就可以计算出金星到地球的距离，而整个太阳系的大小也就随之确定。 但是，问题是金星凌日是一项罕见的天文现象。它总是成对出现，每120年出现一对，每对的两次之间相隔八年。哈雷没有活到下一次金星凌日出现的1761年，不过在这次金星凌日期间，一个国际研究小组曾经尝试过测定入凌与出凌的时间，然而天气以及其他一些因素毁掉了他们的数据，如果库克等人在1769年时再次失败，下次机会就是1874年了，那时所有生活在18世纪的天文学家都早已作古。
http://science.nasa.gov/media/medialibrary/2012/06/02/cook_med2.jpg库克的画像，油画，作者：纳撒尼尔·丹斯（1735-1811），来源：澳大利亚国家图书馆。
库克的远航常常被比喻成太空旅行，就像托尼·霍维茨（Tony Horwitz ）在记录库克航海生涯的游记小说《蓝色航迹》（Blue Latitudes）中所说的那样：“奋进号不仅仅是在进行一次发现之旅，它更是一个测试最新理论与技术的实验室，就像现在的宇宙飞船一样。” 这一次，奋进号上的船员就成为了海军对抗“海上瘟疫”坏血病的“实验小白鼠”。人体大约只能贮存供6周使用的维生素C，当它耗尽之后船员们便会出现精神不振、牙龈溃疡出血等症状，这就是坏血病。在18世纪，有些船会因此失去一半的船员。库克在船上携带了多种实验食品，如德国酸菜和麦芽汁，让船员们食用以对抗坏血病。任何拒绝吃这些食物的人都将受到鞭打。事实上，据霍维茨的描述，在这次航行中每五个船员中就会有一个受到过鞭打。 最终在向西航行了八个月之后，库克以及他的船员于1769年4月到达了大溪地，这段时间大致与一位现代宇航员从地球飞到火星的时间相当。五名船员在经过风暴肆虐的合恩角时失踪；随后在茫茫太平洋上长达10个星期的航行，又让一个绝望的水手跳海自尽。在驶向大溪地岛的旅程中，奋进号脆弱得就像一只孤独的小鸟。没有“休斯顿（测控中心）”作为后援、为他们出谋划策，没有气象卫星警告他们即将来临的暴风雨，也没有任何形式的帮助。他所拥有的只有用来测量船舶的速度的沙漏和打结的绳子，以及用来通过恒星定位的六分仪与年历。这绝对是棘手与危险的航行。 因此，他们能够于1769年04月13日，比预计时间提前将近两个月，而且几乎完好无损地到达大溪地是一件很值得骄傲的事情。另外“此时，我们只有几名船员生病，看来德国酸菜在保护船员身体健康方面功不可没。”库克在航海日志写到。
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大溪地金星角的景色，库克与船员观测金星凌日的地点。
油画，作者：威廉·霍齐斯（1744-1797）。来源：澳大利亚国家图书馆。
大溪地岛对于库克的船员来说就像火星对于我们一样新奇，只是大溪地岛上的生活是舒适而且无忧无虑的，岛民们很友好而且乐于与库克的船员打交道。班克斯认为它便是”充满了田园诗般宁静的世外桃源……是只有在梦中才会出现的天堂。”而且岛上的植物、动物、风俗和习惯都与英格兰迥然不同，奋进号的船员全都对它着了迷，赞叹不已。 也许这就是为什么当1769年6月3日金星凌日出现之时，库克与班克斯依旧很少提到它。想想看，所谓的金星凌日，就是一个黑色的小圆点穿过耀眼的太阳表面，而且只能通过从英国带来的特殊望远镜看到，它怎么可能比天堂般的大溪地岛更吸引人？ 班克斯在金星凌日当天的日志中共写下了622个单词，其中涉及到金星的少于100个。他像记流水账一样记录了那天早上与国王Tarróa还有国王的妹妹Nuna共进早餐，随后又有“三位美女”前来拜访这类事情。至于金星，他写到：“我陪同Tarróa，Nuna以及他们的主要随从去了天文台。在那里，我和我的伙伴请他们观看了金星凌日，并告诉他们我们此行的目的就是来看它。之后，我同他们一起离开了天文台。至于金星凌日有没有对国王还有他留下什么印象，他没有提及。 库克的记录稍微详细一些：“这一天的天气真是随人愿，可谓晴空万里，空气通透度也很好，非常利于观测金星凌日。我们非常清楚地看到金星周围围绕着一层大气或者尘埃之类的东西，它让我们很难准确地确定两者相互接触的时间，特别是当金星位于太阳圆面之内的时候。”
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詹姆斯·库克绘制的1769年金星凌日的示意图。[更多内容]
库克所观察到的这个现象被称为“黑滴效应”。当金星靠近太阳圆面时，也就是金星凌日即将开始的时刻，太阳圆面与金星之间的黑色空间像是突然融化成为了一个小液滴与金星接触在了一起，这使得观测者很难确定凌日开始与结束的时间。这一现象直到1999年才有了比较合理的解释，亚利桑那州立大学的格伦·施奈德（Glenn Schneider ）所领导的一个小组在研究了当年水星凌日时出现的黑滴效应之后，认为望远镜的点扩散函数以及它所导致的太阳球面变暗是造成这一现象的主要原因。不管怎样，库克的观测明显地受到了它的影响。事实上，他的观测结果与船上的天文学家查尔斯·格林（Charles Green）的观测结果相差达42秒。 这一现象影响了所有的观测者。在全面衡量了全球76个观测点的结果之后，天文学家发现这些数据的精度还不足以用来确定太阳系的尺寸。直到19世纪利用照相技术观测了下一对金星凌日之后，天文学家才最终得到了这个数值。（事实上，虽然这一现象影响了观测结果的准确性，但是法国天文学家约瑟夫·杰罗姆·拉朗德（Joseph Jér?me Lefran?ois de Lalande）还是在1771年利用这两次金星凌日的观测数据算出地球到太阳的距离为1.53亿千米，这个数值与当代数值1.49亿千米相差并不是很大。——译者注） 库克并不会纠缠于这些事情，他还有很多探险工作。皇家海军给了他一个秘密任务，指示他在完成对金星凌日的观测之后，要在“大溪地岛和新西兰之间搜寻大陆。” 在第二年大多数时间内，奋进号和她的船员走遍了南太平洋，寻找”失落的大陆“，根据18世纪一些科学家的观点，这里必须存在一块大陆用于“平衡”北半球的大块陆地。为此，他们曾经在茫茫大海上航行了近两个月。但是正像库克一直认为的那样，所谓未知的“南部大陆”并不存在。旅途中他们遇到过好斗的新西兰毛利人与澳洲原住民（如果同时遇到他们，库克一行估计就都要成为烈士了）、探索了新西兰与澳大利亚的千里海岸线，而与大堡礁的遭遇险些造成灾难性的后果。
http://science.nasa.gov/media/medialibrary/2012/06/02/endriver_strip.jpg/image_full遭遇大堡礁之后的“奋进号”搁浅在澳大利亚。
版画，摘自约翰霍克斯·沃斯编著的《一次旅行的总结……》。来源：澳大利亚国家图书馆。
后来，在印尼雅加达休整的10个星期里，七位船员死于疟疾。这座港口城市，人口密集，疾病随时会蔓延，因此库克尽可能快地离开了那里，但是为时已晚。包括天文学家查尔斯·格林在内船上共有46人丧生（包括38名原有的成员与8名后上船的人）。霍维茨写到：“在那个时代，40%的伤亡率对于远航船只来说并不算高。事实上，库克还应该因为特别关心船员的健康问题而受到赞扬。” 1771年7月11日，库克回到英国肯特郡的迪尔港。幸存者们完成了环绕地球的旅行，他们为数千种植物、昆虫和动物编了目，遇到了新的人种（至少对他们来说是新的），搜寻了新的大陆。用一句话概括，这是一次史诗般的冒险。 最终，金星凌日只是库克这次探险之旅中的一个小插曲，并且被大溪地岛的美景所掩盖，又被黑滴效应破坏。但这次旅行还是让金星与库克联系在了一起。事实上，可以这样说观看金星凌日的最好理由就是重温历史。 要不要看还是您自己决定吧。反正，2012年6月5-6日金星一定会再次从太阳面前经过。这一天文景观将会称为网络、广播电视还有无数的望远镜的目标。换句话说，您不想看都难。当您注视着那个乌黑的小圆点时，它可以带您穿过时光隧道来到1769年的大溪地岛，那时的大部分地球仍是一个谜，而望远镜后的那双眼睛则属于一个伟大的探险家。 你能感觉到你的脚趾之间的沙粒了吗？
精彩:D 星晨霞晚 发表于 2012-8-30 07:45 static/image/common/back.gif
精彩
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