本帖最后由 weiru_happy 于 2012-3-5 00:25 编辑
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动态图解 “黑滴”和“光环” 安全观测
金星凌日
2012年6月5日-6日
作者：马丁·鲍威尔 整理/翻译：微儒
（译者注：文中使用的时间均为国际标准时间，换算成北京时间需要+8小时）
在 2012年6月5日-6日，将发生一次金星从太阳圆面上穿过的现象，这种现象被称作“金星凌日”。金星凌日是一种全球范围可以同时观看的极为罕见的现象，不过既然要涉及到直接观看太阳，那么在观赏之前必要的安全措施就是第一位的 （观看太阳的安全方法，请参阅下文）。
当凌日现象发生时，金星将会呈现为一颗较小的黑色圆点沿着自东向西的方向缓慢地穿过太阳。本次凌日将开始于6月5日22:10结束于6月6日04:50，凌甚将出现在6月6日01:29。全过程将持续大约6小时40分钟，然而因为有视差的影响, 实际的持续时间将会因为观察者所在地理位置的不同相差±7分钟。2012年金星凌日的持续时间将比上次一（2004年6月8日）多27分钟，这是因为本次凌日金星运行的路径更靠近太阳的中心。在2004年的那次凌日中金星从太阳的南半球穿过；而在2012年的凌日金星将从太阳北半球穿过（请参看右下侧插图）。
| 金星轨道： 从日面上穿过的分别是2004金星凌日（靠下）和2012金星凌日（靠上）的金星轨迹。图中以“小时”为间隔标记出了相应时刻金星所在的位置，使用国际标准时间（UT），即格林尼治标准时间（GMT）。 |
在本次凌日的过程中金星的视直径为58".2（58.2角秒）。而太阳此时的视直径为31.5角分 （即1890"），所以太阳圆面大约是金星圆面的（1890 ÷ 58.2）= 32倍大小。因为有视差的存在，在地球上南北相距比较远的两个地方会看到金星圆面出现在太阳圆面上的位置略有不同。例如，一位观察者位于美国阿拉斯加的诺姆市，而另一位观察者位于澳大利亚的悉尼，那么前者看到金星出现在太阳圆面的位置将比后者更靠南1'.2（75".6）。本文中使用的所有图表均是假设在地心处观察到的金星位置。
值得注意的是，尽管凌甚出现在6月6日01:29，但这并不是精确的金星下合时间， 这是因为金星的轨迹并没有通过太阳的中心而是向北偏了9'.2。下合的时间是6月6日01:08，比凌甚早了大约21分钟。
因为金星是从太阳圆面的前方穿过的，所以无论在地球的什么地方只要在凌日发生的那几个小时里太阳处在地平线以上，就都可观看到这一天文奇观。亚洲东部、太平洋东南部（包括新西兰和澳大利亚中东部）、美国西北部（阿拉斯加）和加拿大西北部（极昼，太阳全天不落）这些地方可以看到2012金星凌日的全过程。 然而，对于地球上大多数有人居住的地方，要么太阳东升时凌日早已开始要么太阳西沉时凌日还未结束所以都无法看到此次凌日的全过程。但对于那些身处葡萄牙、西班牙西南部、非洲西部及西南部和北美洲南部及东部地区的人们来说，将无缘此次金星凌日，因为在那几个小时中太阳还处在地平线以下。而在北纬67°以北的地方，此时正值极昼太阳全天都处在地平线以上，所以这些地方也能看到凌日的全过程。
金星凌日现象只能出现在金星靠近它的升交点或降交点（在行星公转轨道上行星分别由南向北或由北向南通过黄道的两个点 ）附近的一段位置内；出现金星凌日现象还需要满足的条件是金星运行在下合前后的几天内（即此时的金星必须处在地球和太阳之间） 。以上两个条件缺一不可，只有当它们同时满足时才能发生金星凌日。尽管交点位置及下合日期会随着时间的推移而有缓慢的变化，但因为金星升（降）交点的位置与地球的公转轨道有着密切的联系，所以这一现象只能出现在6月7日（降交点）前后或者12月8日（升交点）前后。 由于行星的升交点和降交点恰好相距180°，因此这两个可能出现凌日的日期也正好相隔6个月。降交点的金星凌日发生在金牛座东部，而升交点的金星凌日则发生在蛇夫座南部。
金星凌日有着每隔113年±及±8年循环一次的规律。换句话说，它们总是成组出现（每组2次，每次相隔8年），而组与组之间则正好相隔1个世纪多一点。其组合模式呈现如下规律：121年±，8年，105年±，8年，121年±，依此类推。20世纪没有金星凌日；而在那之前，1874年12月和1882年12月则分别发生了两次。从21世纪这一组（2004年和2012年）结束之后，到2117年12月11日发生下一次金星凌日之前，将会是一个105年±的空白期。
2012金星凌日动态图解
这幅动态图片持续约5分钟（20秒/帧），展示了金星凌日全过程中地球上不同地区的实时动态。 从图上可以看出随着金星从太阳圆面上穿过，地球的阴影部分也在同时移动，而且每个时区的地方时也一并显示在了下方。动画开始于6月5日22:10（凌日刚刚开始），第二帧显示的是20分钟后的情况（22:30）。接下来的6个小时（6月5日22:30至6月6日04:30）每隔半小时显示一帧，再之后的一帧仍然相隔20分钟，时间停止在04:50（凌日刚刚结束）。这样一来，整幅动画为世界各地的人们提供了每隔30分钟估算一次凌日进程的机会，所有人都能从这幅图中找到自己的凌日实时动态。
*加速动画（1秒/帧）请访问“氖空间相册”
金星凌日，2012年6月 5日- 6日： 动画中展示了此次事件的全过程，世界地图上显示出了金星凌日的可见区域。动画开始于6月5日22:10（凌日刚刚开始）结束于6月6日04:50（凌日刚刚结束）。在图片的下半部分，以地方时显示了凌日事件发生的时间，排序依据为军用时区名称。世界地图上已经用大写英文字母分成了若干区域，想确定你所在的时区，就要先确定你与格林尼治地区相差多少小时（在表格中已用“West of Greenwich”和“East of Greenwich”分别标记出了落后和超前的地区），时差已经用斜体数字标记在了每一栏中大写字母的下方（还可以参考worldtimezone.net网站上的世界地图）。举个例子，美国的洛杉矶比格林尼治落后8小时，那么相应的地方时就要在“-8”栏中查找，即U区域。更多有关你该如何使用这幅动画的详细说明请参阅下文。 *北京所在时区为“+8”区，可在H栏中找到相应的地方时，对于国内大多数观察者来说可以只关注H栏中的时间变化
以下是动画中所用时区缩写的英文全称（按字母顺序排列）： ACST | Australian Central Standard Time | EDT | Eastern Daylight Time | MMT | Myanmar Time | ADT | Atlantic Daylight Time | EEST | Eastern European Summer Time | NDT | Newfoundland Daylight Time | AFT | Afghanistan Time | EGT | East Greenland Time | NFT | Norfolk Island Time | AKDT | Alaska Daylight Time | FET | Further-eastern European Time | NPT | Nepal Time | AST | Arabia Standard Time | FNT | Fernando de Noronha Time | NST | North Sumatra Time | AZOST | Azores Summer Time | GMT | Greenwich Mean Time | NUT | Niue Time | BEST | Bering Standard Time | GST | South Georgia Standard Time | PDT | Pacific Daylight Time | BST | British Summer Time | HADT | Hawaii-Aleutian Daylight Time | PHOT | Phoenix Island Time (Kiribati) | CAT | Central Africa Time | HAST | Hawaii-Aleutian Standard Time | PST | Pitcairn Standard Time | CCT | Cocos Islands Time | IDLW | International Date Line, West | SST | Samoa Standard Time | CDT | Central Daylight Time | IRDT | Iran Daylight Time | TOT | Tonga Time | CEST | Central European Summer Time | IST | (Zone Z) Irish Summer Time | UT | Universal Time | CGST | Central Greenland Summer Time | | (Zone E*) India Standard Time | VET | Venezuela Time | CHAST | Chatham Island Standard Time | LHST | Lord Howe Island Standard Time | WAT | West Africa Time | CVT | Cape Verde Time | LINT | Line Islands Time (Kiribati) | WEST | Western European Summer Time | CWST | Central Western Standard Time | MART | Marquesas Time (French Polynesia) | WST | West Samoa Time* | EAT | East Africa Time | MDT | Mountain Daylight Time | |
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* When the above animation was produced, West Samoa Time (WST) was 11 hours behind Greenwich Mean Time (GMT-11, Time Zone 'X-Ray') however it was moved to GMT+13 on December 29th 2011. Hence WST should now appear under column M* in the animation. |
凌日开始的时刻（即金星圆面完全进入日面的那一刻）被称作“初切(Ingress)”；而凌日结束的时刻（即金星圆面开始离开日面的那一刻）被称为“终切(Egress)”（参看右侧插图）。 初切和终切这两个时刻将外切（即金星圆面在外部和太阳圆面相切）和内切（即金星圆面在内部和太阳圆面相切）彼此分隔开来。（*可以将“初切”和“终切”理解为两个“时刻”，而“外切”和“内切”理解为两种“位置”关系）初切、凌甚、终切的时间已经分别标记在了动态图片的左上角（仍然使用国际标准时间，即格林尼治时间）。 同时标记的还有金星出现在日面上的方位角（P.A.），即相对于太阳中心的罗盘方位（以日面正北为起点，沿着逆时针方向度量，例如：正北=0°，正东=90°，正南=180°等等）。在初切和终切时刻下方展示的是太阳圆面的上半部分，黑色圆点代表金星（真实比例）。旁边的世界地图展示出了凌日发生时哪些地区处于白昼哪些地区处于黑夜。
| 初切、终切示意图：这四个阶段（左上至右下）同样也被称为“凌始外切（初亏）”、“凌始内切”、“凌终内切”和“凌终外切（复圆）”。 |
在图片的下方，已经标记了世界各地的所在时区 。每个时区在经度方向上延伸15°（即地球在1小时里转过的角度）。在动态图中，各时区以他们的军用名称首字母代替（即 A = 'Alpha', B = 'Bravo', C = 'Charlie' 等等）。在这张图表中，Z ('Zulu')区域代表格林尼治标准时间；这一区域集中在格林尼治子午线（东经0°）附近。A时区至M时区位于格林尼治以东（即动态表格中Z时间的右侧），而N时区至Y时区位于格林尼治以西（即动态表格中Z时间的左侧）。 因为平面图的局限，东西尽头的时区被从中间截断，分别位于图片两侧。为了更快的确定方位，同一时区的英文字母在地图的上下两端被同时标记。
这里值得注意的是，从R时区西部一直到国际日界线这段范围中，金星凌日的全过程都发生在6月5日。而从A时区东部一直到国际日界线这段范围中，金星凌日的全过程都发生在6月6日。
每个时区以它们相应的字母代表。 在字母的下边，用斜体表示的数字是当地标准时间和格林尼治时间的差值（而非当地的夏令时偏移量）。因此，美国纽约的标准时间与格林尼治标准时间的差值是-5小时（落后于格林尼治5小时）也是因为这样纽约属于R时区。在斜体的时间差下边，表示的是相应时区正在使用的的标准时间；因此在上例（R区）当中纽约的当地时间要比格林尼治时间落后了5小时（即R=Z-5）。因为此次金星凌日发生在北半球的盛夏时节，所以北半球的很多地区都在使用夏令时，这些地区的夏令时时间都已被标记在了标准地方时的下边，未标记的地区不使用夏令时。因此在R时区中，可以看到此时正在使用比标准地方时播快了1小时的东部夏令时（EDT）。
尽管这样，仍有少数国家坐落在比较特殊的时区内，它们的地方时缩写被单独列举了出来。出于这种原因在Q*时区中只有-4:30的委内瑞拉一个国家，所以在Q*一栏中只列出了VET（委内瑞拉时间）这一个地方时缩写。 然而，在大部分情况下一个时区中包含的国家不止一个以至于表格中没有足够的空间将它们全部列举出来，所以只显示了这些国家统一使用的标准地方时。
（*北京时间请参看H栏第三行）
不同颜色的时间值表示的是在该时刻该时区中是否所有地区都能看到凌日（黄色），还是只有部分地区可以看到凌日（橙色），亦或是所有地区都看不到凌日（灰色）。（在世界地图中标记的大写字母也会按照此规律变换颜色） 因为在一年中的这个时候地球的影子是倾斜着穿过各个时区的，所以尽管在同一时区中的两个地方钟表上指示的时间是完全相同的，但仍然有可能一个地方看得见凌日而另一个地方却看不见凌日；在这种情况下该时区的时间就用橙色表示。举个例子，在印度（E*区）凌日刚开始的的时候并不可见（即全印度都看不到初切）所以在凌日开始时用灰色表示。 直到23:30（印度标准时间05:00）太阳完全升起，印度的东北部地区才开始能看到凌日。 在接下来的约1个小时中，该时区的颜色便以橙色表示，因为这段时间只有印度东部地区才能看到凌日。等到了01:00（印度标准时间06:30）整个国家都可以看到金星凌日了，所以该时区的颜色又变换成了黄色直到整个过程结束。
在 I ，K，K*，L，L*，M，M*，M**，Y，和X 这些时区的所有地方都能看到凌日全过程；所以这些时区在整幅动画中始终以黄色表示。而在O时区的所有地方凌日全程不可见，因为从凌日开始到结束这一地区都处在黑夜半球（因此它的颜色在整幅动画中始终以灰色表示）。而在其他时区，凌日可见性都在全程不可见、部分可见和/或全程可见之间变化，至于某一时刻具体处在哪一种状态则要根据该时区和地球阴影的的位置关系决定。
那条将白昼和黑夜分割开的曲线（任何行星或月球都有这条线）被称作“晨昏线” 。在这张世界地图上阴影东侧边缘代表日出西侧边缘代表日落。由此可知越是靠近晨昏线的地方太阳在天空中的位置就越低。
在一年中的这个时候，靠近阴影北部边缘的地方白昼几乎是连续不断的，所以可以看到在太阳带凌而落后的几个小时后又带凌而出的奇特景象（比如在冰岛）。与之相反，在一年中的这个时候阴影南部边缘附近的地区白昼时间则非常短暂。在南极洲的威尔克斯地，太阳将会带凌而出，然后在几个小时后便会西沉，所以对于这个地区来说一整个白天都能看到金星凌日。
最后需要说明的是，太阳的天顶位置（即太阳正好在头顶的地点）在世界地图上以 符号标记。 在2012年6月5日-6日太阳的赤纬 （太阳与天球赤道的夹角）是+22°.7，这意味着北纬22°.7线上的地区在当天正午太阳都将从正上方穿过天空。同样的，月亮的天顶位置以 符号标记。
更多有关本次金星凌日在具体地点的精确时间信息可以在以下网站上获得：
- NASA/戈达德航天中心网站列出了60座美国城市和100座世界其他城市观测此次金星凌日的详细信息。使用国际标准时间（UT）。
- 美国海军天文台提供了一部“凌日计算器”，通过它任何人都可以确定此次金星凌日发生在任何地方的情景，它可以查询大部分美国城市及城镇或世界各地的任何地方（对于后者，需要用户输入具体的经度和纬度） 。显示时间为国际标准时间（UT）。
- 更多2012金星凌日（及2004金星凌日）的详细信息及历史观测数据可以访问Chuck Bueter的金星凌日网站。
“黑滴效应”和“光环”
关于金星一直都存在着一些神秘的观测现象（访问“望远镜中的金星”了解更多）而且其中的一个非常有名，每次金星凌日发生时都会出现。 第一次观测到这个有名的现象是在1761年，当金星和太阳刚刚完成第二次相切（初切，内部相切）及马上就要发生第三次相切（终切，内部相切）的时候都出现了这一现象，这一现象被称为黑滴效应。金星的黑色圆面往往在靠近太阳边缘的方向上被拉长，使得金星呈现出瞬间的“泪滴状”。此时金星边缘与太阳边缘经常出现灰色而模糊不清的“粘连带”，这一现象总是让那些试图确定初切和终切精确时间的天文学家们非常沮丧，因为他们总是不能成功。历史上关于这一现象的科学解释，很长一段时间都认为是金星大气折射了射向地球的太阳光，从而使得金星的形状出现了失真。然而，自从2004年金星凌日被业余爱好者和专业人员大规模观测以来，人们已经对这种解释产生了怀疑。因为只有那些使用小型望远镜的人才能经常看到“黑滴效应”，而许多大型仪器的操作人员则没有看到这一现象。
金星的“黑滴效应”与“光环” 这幅2004年6月的金星凌日组图由意大利天文学家Mario Frassati制作。左侧方框中为初切过程，右侧方框中为终切过程。在初切过程的倒数第二幅中可以看到最为明显的“黑滴效应”。在终切过程的倒数第四幅中可以看到最为明显的“光环”现象。 (图片来源: Mario Frassati/BAA). |
“黑滴之谜”的破解在很大程度上要得益于天文学家们研究了一颗人造卫星在1999年观测到的水星凌日。与金星不同，水星没有大气层，但尽管如此“黑滴”依旧出现了，所以“黑滴”并不是由于金星大气折射光线所致。 同时还证明了地球大气也不是关键因素（即大气湍流或较差的观测条件）因为人造卫星对水星的观测可是在地球大气层之外的！由此天文学家们推断“黑滴效应”可能是两种因素共同作用的结果：其一，是望远镜的固有光学缺陷（使得通过它看到的任何东西都有轻微模糊）；其二，是临边昏暗的存在（即越靠近太阳圆面边缘的地方越暗，由于这一区域的气体发出的光更少，因此更暗）。这两方面因素的共同作用使得金星边缘和太阳边缘接触的一瞬间显得更加黯淡模糊——因此便有了“黑滴效应”。有趣的是，在2004年的金星凌日中，“黑滴效应”的观测报告明显少于之前的几个世纪，这一现象说明“当代望远镜”的制造工艺已经有了巨大的飞跃。
金星凌日发生时还会有观察者报告另一种更加神秘的现象：那就是“光环”。尽管想要目睹这一奇观要求望远镜有非常好的光学性能和极佳的观测条件，但与“黑滴”一样，光环的首次发现也是在1761年。当光环出现时在金星圆面的外围会出现一段明亮的圆弧，有时只是一小段而有时则会环绕这个金星。在初切阶段，光环会出现在凌始外切到凌始内切的这段时间内，即当半个金星圆面进入日面边缘的时候。在终切阶段，光环往往在凌终内切的那一刻便会出现。 开始时那只是一个明亮的光斑（当然，它会出现在金星的北极点或南极点附近），之后随着金星不断地移出太阳，光斑也随之缓慢的向两侧延伸出去。
光环的出现是因为当阳光穿过金星大气层时发生了折射。这段圆弧的长度决定于凌日发生时金星大气层的密度。当金星在日面边缘上运动了半个角宽度之后这一效应开始减弱。在transitofvenus.nl网站上可以观看一段由拉帕玛岛瑞典1米太阳望远镜记录的2004年金星凌日的光环Quicktime视频。 （*以下是本段Quicktime视频）
（*瑞典太阳望远镜[SST]是口径1米的望远镜，座落在加那利群岛的拉帕玛岛罗奎克·德·罗斯·穆察克斯天文台，由瑞典皇家科学院的太阳物理学会来管理。它的主要元件是一片透镜，并且是全球第二大的折射镜）
安全观测
观测金星凌日最安全的方法是将太阳的图像通过一架折射望远镜投影到一块白色的卡片上（即让太阳的图像依次经主物镜和目镜投影在望远镜的后端，最后在白色卡片上成像，这张卡片起到了底板的作用）在实践中，通常还需要在望远镜上使用另一张卡片，它应该正好位于目镜的前端并且与望远镜轴向垂直，这样便可以在太阳投影的周围形成一片阴影区以此来增加对比度。 在底板上的太阳图像会呈现淡淡的白色，而金星的剪影看上去像是一个较小的黑色圆点（更像一颗巨大的黑子）。投影有可能沿着水平和/或垂直方向轻微的震动，这取决于望远镜的光学装置。
双筒望远镜也能够使用类似的方法将太阳的图像投影到一张卡片上。这样得到的图像自然要比使用天文望远镜得到的小很多，而且除非一只镜筒被遮盖住，否则会在底板上得到两个一模一样的图像。
安全的方法还可以使用物镜前端覆盖有镀铝聚酯薄膜滤光器 （即滤光膜）的天文望远镜进行观测（切记每次使用都要提前检查滤光器，确保它没有任何损坏！！）。如果使用这种滤光器，日面会呈现淡淡的蓝色。这种滤光器还可以安装在普通的照相机上，这样就可以拍摄这一天文奇观了。
一种用硬纸卡制作的滤光眼镜在市场上也很常见，它可以戴在眼睛上直接观看太阳（俗称太阳浏览器或日蚀眼镜）； 这些眼镜通常会在日全蚀之前向公众大规模销售。 仍然需要提醒的是，使用前同样要仔细检查是否有破损。
当佩戴日蚀眼镜时， 裸眼就可以看到金星从太阳前方穿过。在2004年金星凌日期间，本文的作者幸运的拥有一片纯净的天空，当时他的观测地点位于英国西南部。从日蚀眼镜的“镜片”后面看过去，金星刚好可以在日面上被辨别出来，那是一个微小的圆点。
更多有关如何安全观看太阳的信息可以访问Chuck Bueter的金星凌日站点和NASA。
========================= 世纪天象：2012金星凌日 金星凌日动态图解 “黑滴效应”和“光环” 安全观测 ========================= 整理：微儒 翻译：微儒 （原文出处:加法夏天文台）
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