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千辛万苦测视差
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「我看到了一个极令人高兴的奇景……一个异常地大，又呈完美圆形的点……」─英国天文学家霍罗克斯，1639年
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时至1857年，艾瑞拟出了一套观测1874年金星凌日的计画，到了1870年英国已经在建造所需的仪器。科学界也有一些类似的计画正在进行中。当众人引颈企盼的日子逐渐接近，各国派出的探险队至少有俄国26组、英国12组、美国8组、法国和德国各6组、意大利3组以及荷兰1组。「每一个想要维持或争取科学声望的国家，都站出来参与金星凌日这场天文盛事。」克勒克写道。这些探险队多采多姿的历史，得用一本专书来记述；每一队都有自己的故事，而每一队都有著不同程度的成功或失败。
美国海军天文台（当时居美国天文界领导地位）的纽康（Simon
Newcomb）力促美国国家科学院研究这个问题。美国国会组成了「金星凌日委员会」，而纽康和海军天文台的其它天文学家在当中扮演重要角色。委员会为1874年的凌日筹组了八支探险队，三支在北半球、五支到南半球；国会慷慨拨给了17万7000美元的资金，相当于今日的200万美元以上。
每个探险队都配备了精密的设备：为了能目视观察金星和太阳接触的瞬间，研究人员使用的折射式望远镜，其上装配的直径12.7公分镜片是由19世纪美国最好的望远镜商「克拉克父子」所制造；科学家也使用一种仅发明20年的仪器「太阳照相仪」来拍摄太阳影像。天文学家用镜子将太阳光导入一架焦距为12.2公尺的固定水平望远镜，并缓缓转动镜子以保持太阳影像不动，结果望远镜拍下多张太阳影像，照片中的太阳直径达10.2公分，让天文学家可精确追踪金星在太阳盘面的移动。
当时Scientific American也密切注意各个探险队的进展，1874年9月26日出版的那一期报导指出，载送美国探险队前往南半球的船舰斯瓦塔拉号，仅仅花了35天就由纽约抵达巴西。欧洲方面则大多选择另一种拍摄配备：焦距较短的小型望远镜。他们的器材设计能得到质量较高的照片，但是因为影像比美国团队小，所以测量金星在太阳上的位置反而变得较为困难。
金星凌日终于在1874年12月9日发生，许多探险队却受天候不佳之苦。更糟的是，当天文学家分析以目视观测的接触时间点，他们很快地发现，结果并不比18世纪的记录好。世界各地的问题都一样。带领观测队前往澳洲塔斯马尼亚岛荷巴特镇的美国海军天文台天文学家哈克尼斯表示：「『黑滴』以及金星和地球的大气再次导致一连串复杂的现象，持续了好几秒，很难在那期间找出真正的接触时间点。」
因此，照相观测变得更加重要，但是这方面也令人失望。哈克尼斯回忆道：「说欧洲天文学家拍摄的照片完全失败的谣言，很快便甚嚣尘上。」英国官方的报告宣称：「经过费力的测量和计算，再与望远镜观测的结果相较之后，我们认为最好不要发表照片测量的结果。」就如哈克尼斯指出的，因为研究人员无法确定太阳盘面的边缘，更不可能准确定出金星相对于太阳的位置：「不管肉眼看起来照片上的太阳边缘多么清晰，只要用显微镜观察，它就变得模糊而无法描绘；如果把照片放在测微计的精细规线之下，更完全看不出边缘了。」法国人发表了他们的结果，但是附上很大的误差。
所有的希望都集中到了美国探险队上，他们用长焦距太阳照相仪获得了约220张可测量的照相板。1881年，就在下一次凌日的前夕，美方发表太阳视差为8.883角秒。但是这些结果的误差之大，使得很多天文学家（包括纽康）都认为金星凌日不是测定天文单位的好方法；但哈克尼斯却没有失去信心。美国利用国会追加的拨款，又派遣了八支探险队观测1882年的凌日。哈克尼斯花了将近10年的时间分析这次凌日的照片，结论是太阳视差的最佳估计值是8.809角秒，对应的地日距离是1亿4934万公里，而可能误差为9.6万公里。现今透过太空船观测或其它方法精确得到的真正平均距离是1亿4959万7870公里（对应的太阳视差是8.794148）。
金星凌日的观测对天文学史有多重要？虽然纽康所整理的天文常数系统（这套系统在20世纪大部份的时间里，广为国际采用），所使用的太阳视差数值和哈克尼斯的相当接近，但相对于其它估计此数值的方法，纽康只给金星凌日很低的权重。他认为「黑滴」和其它的误差，严重影响了藉由凌日估计天文单位的可行性。
有趣的是，「黑滴」作用的原因仍然是个很具争议性的问题。18和19世纪学家把它归咎于许多不同的原因，包括地球和金星两者的大气。但是当科学家用「过渡区及日冕探索者」（TRACE）卫星观测1999年的水星凌日（水星没有大气，且TRACE是从远在地球大气上方进行观测），他们仍然看到微弱的「黑滴」作用（见第41页左图）。虽然这个发现无法驳斥大气作用强化「黑滴」的假设，但是真正的成因显然另有其由。
由美国亚利桑那大学史都华天文台的史奈德（Glenn
Schneider）、威廉斯学院–霍普金斯天文台的帕沙可夫（Jay
M. Pasachoff）以及史密森尼天文物理观测站的高鲁普（Leon
Golub）共同领导的TRACE团队，所获得的结论是：「黑滴效应」部份是由行星和太阳盘面之间的光学晕抹所造成。要看到类似的现象，你可以把拇指和食指靠得非常近，然后对著很亮的背景看两根手指之间的细缝；即使两根手指没有碰在一起，它们之间仍会有个暗色带。除此之外，太阳盘面边缘亮度变暗也是造成「黑滴」的一大因素。TRACE的研究人员指出，在观测即将发生的金星凌日时，也许可以用新的技术减轻这个效应。
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文章作者:Steven J. Dick
责任编辑:skylook
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