金星凌日二三事(一)

即將要迎接今年最大的天文事件:金星凌日。這是每隔約120年才會發生一對的,非常罕有的天文現象,因此,想要來作作功課,了解一下金星凌日的一些事,這些資訊在網路上面很多,例如『網路天文館一生僅有兩次的美麗邂逅 201266日金星凌日』

但是金星凌日『平均121.5年或105.5年只會發生1組,每組2次,且這2次必定相隔8年。若人一生中未能見到1組金星凌日,或許終其一生都不能再見。

為什麼金星凌日的發生是一組2次,而且必隔八年呢?又為什麼每組金星凌日發生間隔時間長達一世紀以上?
在網路上面搜尋了一下,發現這兩個網站有非常詳細的說明,還蠻有趣的就來分享一下。


首先來看看這張圖,可以發現自從克卜勒(Kepler)精準預測出1631,1639年組的金星凌日以來,此現象都是成對發生,而且不是六月就是十二月,這樣的週期是243年,每一對則相隔121.5+-8年。


首先要了解金星與地球內合的週期,所謂的內合(inferior conjunction),就是金星、地球與太陽連成一條線。金星繞太陽公轉一週225天,地球繞太陽公轉一週為365,如果以地球繞太陽一圈為1年,225除以365,金星1圈大約走8/13年,也就是說金星比地球快13/8,金星每年追上地球5/8(13/8-1=5/8),那也就是8/5年=1.6年,金星會再度追上地球,見下圖。這個週期1.6年就稱為金地會合週期 (the Earth-Venus synodic cycle (synod means "place of meeting")



因為地球每隔1.6年就與金星合一次,每次會合都比前一個位置相隔215.6度,因次若將連續五次的金地會合點標示出來的話,就會像下圖動畫一樣,呈現五星芒形的分佈。



但是並不是每次金地會合都會發生金星凌日現象,因為金星軌道與地球軌道有3.4(3.394)的交角,見下圖,往往金地會合點上,金星不是在地球與太陽軌道平面上方就是下方,由地球看過去,金星就不會橫越太陽盤面了。因此如果想要看到金星凌日現象,金星與地球的位置就必須在兩者軌道交點上,這交點有兩個:north node , south node


所以,以上一次金星凌日2004年為例,金地會合位置在南交點上(Venus south node) 。金地會合輪過一次五星芒序列後,到第六次時就會回到前一輪第一次的位置,就是相隔1.6 x 5= 8年,即今年2012回到相同位置南交點,再度凌日,這就是為何金星凌日總是成對,這也就是為什麼隔八年我們必再看到一次金星凌日(其實也不全對,後面再解釋)

當然如果金地會合週期的五芒星序列位置都一樣的話,那麼我們真的可以8年就看一次金星凌日了,但是事實上每一對金星凌日相隔約120年,而且是north node,south node輪流,間隔243年。這是因為地球與金星的軌道事實上是橢圓的,他們的軌道速度也並不均勻,而且金星的速度8/13圈實際上更接近於7.997/13年,所以每次金地在軌道交點(node)的位置與上一次相較都會飄移,而一次五星芒序列的飄移,並不足以讓重合點移動到另一個交點,至少需要向西移動35度。見下圖,而這需要約120年,然後再120年,輪迴到對面的交點,如此週而復始。這就是為什麼金星凌日真的是世紀天文大事!


每隔八年必有一對金星凌日嗎?也不全然,見下圖,如果第一次的金星凌日通過接近太陽盤面中心,那下一次的角度可能就飄出太陽盤面外,而不會有凌日現象。





留言

熱門文章