水星凌日：一百年中的十三分之一

（文 / 鲁伊）

2003年5月7日，印度首都新德里的天文爱好者通过望远镜观测“水星凌日”  

5月7日，从格林尼治时间5时10分到10时32分，除了南极洲和美洲西部的某些地区，全世界的人都得以目睹一幕平均每一百年中出现13.4次的天文奇观——水星凌日。在这个时候，有两个伟大的名字格外值得怀念，那分别是德国天文学家约翰尼斯·开普勒和法国哲学家皮埃尔·伽桑迪。

1631年11月7日一个略微多云的上午，皮埃尔·伽桑迪(Pierre Gassendi)站在自己的工作间里，焦急注视着透过望远镜目镜投射在一张白纸上的仅有8英寸宽的太阳图像。这只是一台普通的伽利略望远镜，功能并不强大，看不到木星的卫星，也无法观测到土星环。天公也并不作美，尽管巴黎不像欧洲其他地方那样风雨大作，但多云的天空依然带来不少麻烦。只有透过云层的间隙，阳光才能投射下来。时针慢慢指向9时，伽桑迪睁大双眼，就在这时候，他看到一个微小的黑点缓慢的由东向西掠过太阳表面——那正是他一直在等待的在此之前世界上从来没有人目睹过的“水星凌日”！

迄今为止，已知的实际观测到1631年“水星凌日”的只有3个人，但只有皮埃尔·伽桑迪留下了详尽的观测记录。尽管这位被称为“法国的培根”的哲学家只是出于业余爱好而进行的天文学观测，但他认真仔细和坚持不懈的观测却为后人留下了宝贵的财富，其中最重要的，就是长达400余页的从1618年到1652年他所有观测结果的详细记录。然而，在伽桑迪关于水星凌日的著作中，他却将主要的功绩归于了约翰尼斯·开普勒(Johannes Kepler)。

逝世于1630年11月15日的开普勒终生无缘目睹“水星凌日”的景象，但在1629年，他就已经和自己的未来女婿雅可布·巴什(Jacob Bartsch)预测出了这一幕的发生。他指出，在1631年的11月7日和12月6日，水星和金星将分别掠过太阳表面。

由于以前从来没有人见到过如此的景象，而开普勒对自己计算的结果也不敢过于肯定，尽管他号召欧洲的天文学家届时共同观测这一奇景，但也谨慎地指出，观测者应当提前一天就对太阳进行仔细的观测，而如果在7日那一天什么都没有看到，也应当再继续观测一天。1631年11月7日，欧洲的绝大部分地区会风雨大作影响观测，但他预言的水星凌日发生时间与实际的发生时间却只差5个小时——这个纪录直到几个世纪后才被打破。

从SOHO望远镜上观测到的“水星凌日”景色  

为什么会发生水星凌日？早在开普勒时代，这位伟大的天文学家就通过计算给出了答案。我们已经知道，太阳系有九大行星，按照其轨道与太阳的距离，由近到远分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。这九颗行星按照不同的速度围绕太阳公转，在某个时间点上，两颗或两颗以上的行星会与太阳恰巧联成一线，这样，在距太阳较远的那颗行星上看距太阳较近的行星，后者就会呈现为掠过太阳表面的一个小点。因为距日轨道比地球近的行星只有水星和金星，在地球上能够观测到的就只有这两颗行星掠过太阳表面的景象，在天文学上，分别称为水星凌日和金星凌日。

水星凌日并不经常发生，这是因为，水星的公转轨道与地球的公转轨道并不位于同一个平面上，两个轨道平面间有一个7度的倾角。每年5月8日前后，地球经过水星轨道的降交点，而在11月10日左右，地球又会经过水星轨道的升交点，只有在这两个点上，地球、水星和太阳才有可能形成一条直线，凌日的景象才可能发生。两次水星凌日间的间隔大约是7年。

发生在5月7日的水星凌日，是新千年中的第一次水星凌日，自然吸引了不少注意力。各个国家的天文台都争先恐后地在网上即时提供水星凌日的照片，其中最引人注目的当属NASA与欧洲宇航局(ESA)合作的SOHO(Solar & Heliospheric Observatory)望远镜拍下的实时图片。1995年12月2日发射升空的SOHO望远镜使用自己的MDI(迈克逊·多普勒成像器)摄影机在距离太阳和地球100万英里的地方每分钟拍摄一张图片，并在SOHO的网站上提供给全世界的天文爱好者。此外，瑞典皇家科学院的瑞典1米口径太阳望远镜(SST)，以及澳大利亚、比利时、加拿大、丹麦、希腊和中国的众多天文台也参与其中。

皮埃尔·伽桑迪

约翰尼斯·开普勒

其实，从1631年以来，一共已经发生了50次水星凌日。最近的这一次虽然引起了相当广泛的关注，但从天文学研究上讲，它的科学意义并不是很大。就像美国日月蚀专家弗莱德·艾斯潘纳克所说的那样，“今年的水星凌日更像是大餐前的一道甜点”。天文学界给予更多关注与期待的，是即将发生在2004年6月8日的金星凌日。

水星凌日固然罕见，金星凌日却更为难得。同水星凌日一样，金星凌日也是成对出现，两次凌日间的间隔为8年。然而，在间隔8年的两次金星凌日出现后，要想看到下一次金星凌日，却要等上一百多年。人类最近一次看到金星凌日，已经是1882年的事了。这就无怪乎许多天文学家将观测到下一次金星凌日作为自己的毕生幸事之一。

即使不去考虑金星凌日的罕见，它在天文学上举足轻重的地位也是令科学家们额外关注的重要原因。与体积庞大的太阳相比，掠过其表面的水星和金星看上去往往相当之小。伽桑迪在1631年水星凌日的观测记录中提到，当他看到水星的体积远远小于自己以前的预料时，几乎怀疑这是观测失误。在发生于5月7日的最近这一次水星凌日中，水星的外观尺寸看上去只相当于太阳的1/160。然而，这个比例和水星、金星凌日的某些其他特性却在18到19世纪的时候帮了当时的天文学家大忙。

当时的天文学家们已经发现，当在地球表面的不同位置观测时，凌日发生的具体时间有着微小的差别。当分别比较到水星和到金星的距离时，天文学家就能够通过三角测量法测出地球的精确直径。按照同样的方法，行星和太阳间的距离也能够被测量出来。

因为金星的体积较大，当用于这一目的时，金星是远比水星更好的观测对象。在18世纪到19世纪，借助其间发生的几次金星凌日，当时的天文学家根据开普勒第三定律测出了整个太阳系的绝对尺度。而在当时，这样的数值几乎不为人所知。

以对彗星的研究而享誉世界的英国天文学家埃德蒙·哈雷(Edmund Halley)是第一个认识到金星凌日可以被用来测量地球和太阳间距离的人。尽管这种方法由于精确度问题在目前已经被彻底淘汰，但为了观测1761年和1769年两次金星凌日所做的诸多工作却帮助天文学家们第一次测出了地球到太阳距离的精确数值。后来，这个数值被命名为简写成AU的“天文单位”。此外，俄罗斯天文学家罗蒙诺索夫通过观测1761年的金星凌日，还发现了金星大气。

1974年到1975年间，美国曾经向水星发射过水手1 0号太空船。这是人类对地内行星的第一次、也是迄今为止惟一一次近距离的考察。这之后，就是漫长冷清的30年。最近，美国与欧洲又开始重新拾起对这两颗行星的兴趣。如果不出意外，2004年，美国的水星信使号(Mercury Messenger)将飞往水星，并预计在2009年返回。欧洲的BepiColombo号也将在2011年到2012年启动，预计在2015年或2016年返回地球。新千年的第一次水星凌日或许在天文学上并不值得大书特书，但如果它昭示着人类探索地内行星的“水星时代”或“金星时代”的到来，却也未尝不是一件好事。