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標  題: [天象] 2012年06月06日 金星凌日專區 (天文館)
發信站: 批踢踢實業 (2012/04/25 Wed 01:16:18)

2012年6月6日金星凌日 教學海報下載專區
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c9&idx=300
2012年6月6日金星凌日 相關動畫
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c9&idx=299
2012年6月6日金星凌日 完整資料
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c9&idx=298
金星凌日推薦國外相關連結
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c9&idx=296


一生僅有兩次的美麗邂逅  2012年6月6日金星凌日


http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/7/20040608VenusTransit.jpg
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/6/21_Transit%20of%20Venus-2.jpg
2004年6月8日金星凌日影像，（左）臺北天文館同仁周紹孔、李瑾攝於苗栗；（右）蔡元
生、顏易程攝於高雄市港和國小天文臺（高雄市立天文館），版權歸蔡元生先生所有，感
謝蔡元生先生授權臺北天文館做為臺灣區教學使用。

　　2012年6月6日，地球上將可欣賞到一場非常罕見的天象秀—金星凌日！此為2012年中
，臺北天文館天象指數唯二列為五顆星「壯觀級」的天象，發生機率相當罕見，但卻以簡
單儀器即可觀察。千萬不可錯過！！

TOP TIPS:

1.發生機率：平均120.5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。
2.時間：2012年6月6日06:11∼12:48。最近日心時刻：9:31，全程可見。
3.歷時：共6小時36分26.3秒。
4.科學意義：(1)可藉機計算日地距離，但此項現在的歷史意義大於科學意義。(2)以類似
  方式可尋找太陽系以外的行星系統。
5.特別叮嚀：金星凌日的過程比照日食或一般太陽的觀測，需非常注意安全。絕對不可在
  毫無任何保護裝置之下，用肉眼直視太陽，因為可能會造成眼睛的永久損傷！
6.上一次金星凌日：2004年6月8日，臺灣地區可見日沒帶凌。
  上一組金星凌日：1874年12月9日（臺灣地區全程可見）與1882年12月6日（臺灣地區不
  可見）。
  下一組金星凌日：2117年12月11日（臺灣地區全程可見）與2125年12月08日（臺灣地區
  不可見）。


一、關於2012年6月6日的金星凌日事件：

　　今年的金星凌日歷時6小時36分，北美洲西北部、阿拉斯加、太平洋諸島、澳洲東部、
紐西蘭、東北亞地區、西伯利亞、中國大陸東半部、臺灣、菲律賓等地全程可見（下方全
球概況圖白色區域）。大部分北美洲、加勒比海地區以及南美洲的西北部可見日沒帶凌地
區（淺紫色區域）；中亞、中東地區、歐洲與非洲東部則可見日出帶凌（淺綠色區域）；
其他地區則不可見（灰色區域）。而其中冰島位置最特別（淺黃色X區域），由於緯度高且
逢夏至之前，當金星凌日的第一、二接觸點發生過後一段時間太陽西沈，但第三、四接觸
點發生之前，太陽又已東昇，所以只有中間部分過程不可見。

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/2/2012-transit%20%20venus.jpg
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/2/TOV2012-Fig01.jpg

臺灣地區的預報與金星、太陽的基本資料如下：

食象          時間       太陽       說明
              時 分 秒   仰角 方位
第一接觸點I   6  11 48.5 13.5  71.0 相當於日食的初虧，指金星剛接觸太陽盤面外緣
第二接觸點II  6  29 30.7 17.3  72.6 相當於日食的食既，指金星剛完全進入太陽盤面
最近日心點    9  30 58.8 57.6  86.8 相當於日食的食甚，指金星最接近太陽盤面中心
                                    之時
第三接觸點III 12 30 51.1 80.9 256.6 相當於日食的生光，指金星將要離開太陽盤面
第四接觸點IV  12 48 14.8 77.1 262.2 相當於日食的復圓，指金星剛完全脫離太陽盤面
                                    外緣

備註：
1.凌日發生時，太陽視半徑為945.7角秒，金星視半徑為28.9角秒。（1角秒=1/3600度）
2.最近日心時，金星與日心距離（Least Distance）：554.4角秒，比2004年時的627角秒
  還接近日面中心點。
3.與日食類似，不同地點觀測到的金星凌日各過程發生時間不盡相同，以上為臺北天文館
  的預報時間，僅供其他各地做為參考。


二、什麼是「金星凌日」？

　　所謂「金星凌日」，可以將之當作縮小版的日食：當太陽-金星-地球三者幾乎成一直
線時，地球上的人便可見到一顆大大的黑點遮住一部份太陽盤面，並幾乎以等速在日面沿
一直線逐漸移動的景象。

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/4/20040608VenusTransit_tsay-2.jpg
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/6/NCKUO-VTS0350-2004-0608.gif
蔡文祥教授等人於成功大學物理系天文臺拍攝之2004年6月8日金星凌日（日沒帶凌）動畫
。版權歸蔡文祥教授等人所有，感謝蔡文祥教授授權臺北天文館做為臺灣區教學使用。


三、金星凌日的原理：

　　金星是太陽系8大行星中離太陽第2近的行星，地球則排第3名，且金星繞太陽公轉的速
度比地球快，因此從地球上觀察，可見到金星偶會行至地球與太陽之間，發生金星凌日的
現象。不過因金星公轉軌道相對於黃道面有3.4度的傾角，因此並非每次金星通過地球與太
陽之間，都會從太陽正前方通過而發生金星凌日；唯有當金星通過軌道升交點或降交點時
才有可能發生凌日現象。


四、金星凌日的科學意義：

　　天文學家利用兩地以上、準確的金星凌日發生與結束時間，可以測量地球到太陽的距
離；一旦確認地球到太陽的距離，便可藉此計算太陽系其他行星到太陽的真實距離（克卜
勒第三運動定律），並再繼續推展到宇宙其他星體的距離測量上（恆星三角視差測量）。
因此，在早期科學儀器不發達的情形下，金星凌日是少數能讓科學家得知日地距離的方式
，因此科學意義分外重要。

　　而如前所述，要計算日地距離，必須有兩地以上的觀測資料，因為不同地點所看到的
金星凌日開始和結束時間、及切過太陽盤面的位置都不盡相同，利用這種時間與位置上的
差異，方可經由簡單的數學計算來推算日地距離，故由金星凌日計算日地距離的科學工作
必須通過國際合作觀測才能達成。這在歷史上是開啟國際合作觀測的先鋒事件之一。

　　不過，現在太陽系中的天體距離，可以利用雷達進行精確測量；使用金星凌日來測定
日地距離，並進而推展至其他行星距離測量的科學意義已不大。

　　然而，利用類似的凌日現象，科學家現在通過測量行星凌日過程中，使母恆星亮度稍
微變暗的現象來搜尋系外行星系統，此類方式可提供精確的行星體積、質量、軌道週期、
軌道半徑等資料，因此科學家相當重視這種行星凌日的搜尋方式。尤其是克卜勒太空望遠
鏡升空後至今，已發現2600多顆系外行星候選者，已確認為系外行星者也有20多顆，成效
頗豐。透過這些觀測方式和靈敏的儀器，或許將來能找到另一顆適合人類居住的地球呢！


五、金星公轉的特殊位置：

　　金星的公轉軌道比地球靠近太陽，是為「內行星」之一（另一顆內行星則是水星）。
如圖所示，太陽、內行星、地球三者的相對位置中，有四個位置是較受天文學家重視的：
外合（或稱上合）、內合（或稱下合）、東大距與西大距。其中東西大距因金星離太陽的
離角最遠，在地球上可見的內行星仰角高度最高，為最容易觀察內行星的時機；而外合與
內合點時，則因地球上所見內行星方向與太陽相同，為最不適合觀察內行星的時機。

http://tamweb.tam.gov.tw/bew/tw/item_img/6/inner-planet-position-2.jpg

　　金星公轉軌道面與地球公轉軌道面（黃道面）有約3.4度的夾角。以黃道面為準，當金
星沿其公轉軌道從黃道面以南穿越黃道面，此時的金星軌道面與黃道面的交點稱為「昇交
點」；反之，由黃道面以北向南穿越黃道面的交點稱為「降交點」。又因金星與地球的公
轉軌道變動不大，因此，兩者軌道相交的節點位置也相當固定，昇交點一般都在12月9日前
後，降交點一般都在6月7日前後。

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/1/Venus-orbit.jpg


六、金星凌日的發生機率：

　　若要發生金星凌日現象，太陽、金星、地球三者要幾乎在同一直線上，則此時金星與
地球都必須位在昇降交點（節點）附近，此時也是金星軌道位置的「內合」點。因此，雖
然前面提到內合點為最不適合觀察內行星的時機，不過，金星凌日的時候卻是例外！

　　金星繞太陽公轉一週224.7天（地球日，相當於7個月），地球繞太陽公轉一週為
365.25天（相當於12個月），兩者會合週期為583.9天（內合到下一次內合的時間，相當於
19個月）。

　　若金星公轉軌道面與黃道面在同一平面上，則每當金星通過內合點時，地球上的人便
可見到金星凌日，那麼一年應該至少可以看到1~2次金星凌日的現象，水星凌日的次數就更
多了。不過，與日月食原理相同，就是因金星公轉軌道平面與黃道面有一小小的夾角，因
此不是每次金星內合時都看得到凌日現象。

　　若要發生凌日，則金星與地球都必須位在節點附近，且與金星的離角必須小於太陽的
視半徑（約16角分）。假設在一個節點位置發生金星凌日之後，到達第二個節點的位置，
金星需要3.5個月的時間，而地球則需要6個月，但此時日金地三者不在一直線上；待到下
一次三者再位於節點連線時，需時2922天（此時地球已又再公轉8圈，金星公轉13圈，經過
5次地金的會合週期）。所以同一組金星凌日事件通常相隔8年，且發生在相同月份，兩次
事件經過日面的軌跡幾乎平行。

　　然而上述的2922天其實也是概略，事實上，金星抵達節點的時間會比地球早22小時，
所以這8年一組的事件一過，下一次金星抵達節點時，地球還沒抵達，因此地球上看不到金
星凌日的現象。這樣的狀況約需過了100多年左右，才會再出現金星過內合同時過節點的金
星凌日事件。因此，金星凌日通常是一組兩次（稱為「雙凌（double transit）」），每
次相隔8年；而每組相隔約100多年的狀況。精確的循環週期，是8年—121.5年—8年—
105.5年，所以，金星凌日的真實循環週期應是8+121.5+8+105.5=243年。

　　不過，由於地球與金星的軌道都會隨時間變動，通常每一組金星凌日中第二次的位置
，會比第一次偏南24角分（昇交點，十二月凌）或偏北20角分（降交點，六月凌），因此
如果第一次凌日的位置離日心只有8角分（480角秒），則第二次凌日的時間，金星的位置
會超過日面視直徑的16角分，此時便不會發生凌日，例如西元1388、1145、0902、0659、
0416年等都沒有發生金星凌日，此時就只有「單凌（single transit）」事件。（參考下
圖，取自Transit, p11）

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/3/VT-trail-2.jpg
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/2/VT-single_and_double.jpg

　　此外，因金星的軌道平面會隨時間緩慢的變動，因此雖然金星凌日的時間發生在昇降
交點這兩個日子前後，不過每次發生凌日的日期都會比上一次延後。例如：5000多年前的
金星凌日多半發生在5月21日與11月前後，到現在則是在6月7日與12月9日前後，而1500年
後，凌日發生日期將延遲到6月21日與12月22日前後（恰在地球的夏至與冬至）。根據專家
計算，西元前2000年至西元4000年之間，共會發生81次金星凌日，六月凌佔了54.3％，其
中單凌6次、雙凌19對，而十二月凌則佔了45.7％，其中單凌13次、雙凌12對。

　　下表列出1601∼2400年可能發生的金星凌日事件基本資料。2000BC∼4000AD的金星凌
日資料，可上網讀取（Six Millennium Catalog of Venus Transits: 2000 BCE to 4000
CE.）。表中可見前一組的金星凌日發生在1876年12月9日與1882年12月6日；下一組的金星
凌日則發生在2004年6月8日與2012年6月6日。截至目前為止，有歷史紀錄、透過望遠鏡做
精細金星凌日觀測的只有7次，分別是1631、1639、1761、1769、1874、1882、2004。

日期       國際標準時 金星最近  日期       國際標準時 金星最近
           （UT）     日心距離             （UT）     日心距離
1631/12/07 05:19      939.3"    2117/12/11 02:48      723.6"
1639/12/04 18:26      523.6"    2125/12/08 16:01      736.4"
1761/06/06 05:19      570.4"    2247/06/11 11:33      691.3"
1769/06/03 22:25      609.3"    2255/06/09 04:38      491.9"
1874/12/09 04:07      829.9"    2360/12/13 01:44      625.7"
1882/12/06 17:06      637.3"    2368/12/10 14:45      836.4"
2004/06/08 08:20      626.9"    2490/06/12 14:17      741.1"
2012/06/06 01:30      554.4"    2498/06/10 07:25      442.7"


七、如何觀測金星凌日：

　　金星凌日的成因與日食相同，只是遮蔽太陽的金星看起來比較小，視直徑約略是57.8
個角秒，大概是太陽視直徑的3%，相當於若太陽像籃球這麼大，則金星看起來約僅葡萄乾
大小，與大型黑子群相當，故「視力好」的人可以輕易地以肉眼看見日面上的金星黑影。
建議有興趣的人可以利用下列方式來觀察這難得一件的金星凌日現象。不過，要很鄭重地
提醒大家：太陽觀測是件危險的工作，絕對不可在毫無任何保護裝置之下，用肉眼直視太
陽，因為可能會造成眼睛的永久損傷！

　　金星凌日的觀測方法與觀測日食的方式很接近，一樣可以用投影或攝影等方式觀察，
不過最好能將影像放大，好分辨各個凌日現象及發生時間。

一般觀賞或攝影：

1.用目視的方法觀賞太陽之前，必須先確定：您拿來減光用的器材絕對是有效且安全的！
這裡所謂的減光器具，可以用身邊隨手可得的東西，例如二層曝光且沖洗過的「黑白底片
」（別用彩色底片，效果不佳），或是一般CD唱片有銀色薄膜的部分等；千萬別以為一般
的太陽眼鏡也同樣的效果，那只會使你的眼睛瞎得更快，而前人使用的以臉盆裝水，看水
中太陽倒影的方法也不可靠。

2.如果沒有望遠鏡，可以利用一個紙盒，用針尖在紙盒上方鑽一小孔，紙盒底端則鋪一塊
白色的影紙板。觀測時將小孔對準太陽，使太陽影像經由「針孔成像」原理投影在紙盒底
端來觀察。若能在小孔前方加片透鏡來放大影像，效果會更好。這種觀測方法每次觀看時
間最好不要超過一分鐘。

3.現在市面上有販售太陽觀測專用減光濾紙（Astro SolarTM filter），可買來裁切至適
當大小，做成眼鏡狀以便配戴觀賞。不過，這種濾紙可能單一一張的減光效果不夠，在正
式觀看太陽前，最好事先將數張濾紙重疊，測試一下幾張濾紙疊加起來的效果最好、最不
傷眼睛。這種觀測方法每次觀看時間最好不要超過一分鐘。（備註：可將4支以上天文館立
體劇場的立體眼鏡依「正反正反」的順序疊加起來，如上頁照片，其減光效果拿來看凌日
或日食都不錯，不過每次觀看時間最好還是不要超過一分鐘。）

4.有望遠鏡者，也可以透過望遠鏡來投影。在望遠鏡後方擺放白色螢幕或白紙上，螢幕或
白紙的位置絕不太接近望遠鏡的焦點，觀測者也不可以太靠近螢幕或望遠鏡鏡筒，以免因
望遠鏡聚光而使螢幕或白紙燒起來，造成觀測者嚴重灼傷；螢幕或白紙的位置最好離焦點
一段距離，以太陽盤面直徑放大到10公分以上的方式來觀察金星凌日現象會比較明顯而安
全，觀測者則最好站在望遠鏡側邊。

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/9/sunobs2.jpg

5.如果沒有望遠鏡，又想有望遠鏡可觀測太陽的人，不妨嘗試用放大鏡和一些簡單的器具
來自製簡易的太陽觀測用望遠鏡，效果還不錯喔。

6.若要直接以肉眼透過望遠鏡來觀看金星凌日現象，或是利用攝影設備拍攝金星凌日的過
程，必須要將望遠鏡加裝適當的減光設備才可以（最好裝在物鏡前方），用普通的太陽眼
鏡沒用喔！如前所述的太陽觀測減光濾紙，或是望遠鏡專用的太陽濾鏡，才是所謂的「適
當減光設備」。

7.若您自己沒有望遠鏡與一些特殊設備，又想看看放大的效果，那麼建議您可以親自到天
文館來，透過天文館的望遠鏡親眼觀看金星凌日的過程，或是透過天文館的網站即時影像
轉播來觀賞這個天文事件。

科學記錄：

　　金星凌日觀測最重要的就是金星日面邊緣恰好接觸的第一接觸點（T1，I）、第二接觸
點（T2，II）或第三接觸點（T3，III）與第四接觸點（T4，IV）等四個點的接觸時間記錄
，其中I與IV的觀測最困難，要特別注意。

1.觀測時，最好能將影像局部放大，仔細觀察各個接觸點的精確時間。計時的精確度最好
能達到1秒以下，否則誤差過大，這個觀測資料就沒有科學分析的價值了。

2.投影觀測計時，建議準備兩支馬錶或計時器，兩支均需事先校正，在您認為是初虧或食
既的兩個接觸點，各按下其中一個馬錶或計時器，並將時間記錄下來。另一種記錄方式為
錄音方式，可以一邊播放117報時系統及有滴答聲的計時器，一邊仔細觀察，確認為初虧或
食既時，自行發一短聲，事後再來確認短聲的時間並予以記錄之。

3.為避免因人為疏失造成觀測誤差，建議大家盡量利用攝影觀測，事前要先將相機或攝影
機的時間調整校正，校時的誤差也須達到1秒以下。建議可在金星凌日發生前一日進行測試
，多試幾張不同的感光度、曝光值和光圈，挑選最佳方案於金星凌日時使用，以減少失敗
率。再次提醒大家：望遠鏡前方需有適當的減光保護裝置，相機及攝影機才能直接接在望
遠鏡後方進行攝影。

4.任何方式的觀測記錄結果，因需與國際觀測資料比對，因此紀錄後需將時間換算成國際
標準時（UT）。臺灣所在時區屬東八區，即：國際標準時＝臺北時間-8小時。

5.計時觀測還有一項非常重要的參數，就是觀測地點的精確經緯度（精密度至少需到1角分
，或2公里之內），可利用GPS測量，或利用Google地圖等相關網路程式查詢。

6.最容易讓觀測結果出現誤差的便是所謂的「黑滴現象（black drop effect）」。在II與
III兩個接觸點時，金星黑影與日面邊緣會如若即若離般，金星黑影甚至會變形成似水滴狀
（如右圖，取自S&T, May 2004, p34）。天文學家認為黑滴現象應是地球大氣擾動造成的
。這種效應會使觀察者猶豫II與III兩個接觸點的計時時間是否正確。

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/2/black-drop.jpg

7.另外可能會造成觀測誤差的，是所謂的「光暈效應（halo effect）」，也就是金星位在
太陽邊緣，即將進入太陽盤面（I-II）或即將脫離太陽盤面（III-IV）的過程時，會出現
一圈光暈，如同「日環食」景象一般，這也會影響各接觸點的正確時間判斷。

8.最後，請將觀測結果（以UT表示），連同觀測地點經緯度、觀測者姓名、觀測方式等資
料，以傳真或email送至天文館，我們將會幫大家把資料與國際交換。如有攝影影像或錄影
帶，也請您拷貝一份寄至天文館。


八、金星凌日的歷史：

　　1608年望遠鏡發明之後，天文學的進展非常快速，天文學家們得以觀測到更精細的資
料，對天體運動作更精密的推估計算。

　　克卜勒1627年提出行星三大運動之後，他發現水星與金星可能會在1631年底從日面前
經過而發生凌日現象，不過，克卜勒在事件發生前的1630年就已去世，無緣見到他偉大的
發現是否正確。法國天文學家Pierre Gassendi則完成了克卜勒的心願，首度觀測到1631年
底的水星凌日現象，卻又因歐洲見不到次月的金星凌日現象而飲恨。

　　克卜勒的預測中，1631年的金星凌日事件之後，必須等一個世紀之後的1761年才能再
度看到。英國普利斯頓天文學家Jeremiah Horrocks是個標準的克卜勒迷，他經過自己的推
算，發現1639年也將發生金星凌日，但卻因是在金星凌日發生前一個月才算出來，來不及
對外發佈消息，只告訴他住在英國曼徹斯特的好朋友William Crabtree。不過，因
Crabtree太訝異於他所看到的景象，以致於忘了記錄，使Horrocks成為第一、也是唯一紀
錄到1639年金星凌日現象的人，並藉此仔細測量金星的視直徑、金星的軌道速度等，並藉
金星視直徑推算出太陽視差（solar parallax），換算成日地距離後，發現太陽比前人所
設想的遠得多了！下圖為Horrocks的觀測記錄以及藝術家筆下當初Horrocks觀測的情景。

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/8/horrocks-16391124vt.jpg
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/2/Horrocks_Venus_in_sole.jpg

　　後來，1663年蘇格蘭天文學家James Gregory首度提出可以利用金星凌日測出精確的日
地距離。而著名的天文學家哈雷（Edmund Halley）觀測1677年水星凌日，觀測中也發現確
實可以經由兩地以上的行星凌日觀測結果來測量太陽的距離，再藉克卜勒第三運動定律：
行星的距離三次方正比於繞日公轉週期的平方，計算出太陽系各行星的絕對距離；而且因
金星比水星接近地球，測量精確度更高，因此所得結果會比水星凌日佳。1716年，他發表
正式論文，積極推動水星與金星凌日觀測活動，組織1761年與1769年的國際聯合觀測活動
；1720年，法國天文學家Jean–Nicolas Delisle則建議只需進行初虧（T1）、食既（T2）
、生光（T3）、復圓（T4）四個點的計時觀測即可，不需要全程觀測金星凌日。因此，
1761年6月6日與1769年6月3日的金星凌日，是天文界與業餘界國際合作觀測的一個重大里
程碑。

　　1761年的凌日全世界有130多組觀測隊遠征至西伯利亞、南非等地觀測，當時的世界正
處在紛擾的時代，許多適合的觀測地點，要不就是天氣不佳，要不就是有戰事正在進行，
許多觀測結果並不佳。不過，最終還是實現哈雷的願望，利用金星凌日的觀測結果，計算
出日地距離了。然而，由於當時對行星接觸日面邊緣的「初虧」時間計量不夠精準，再加
上光暈效應與黑滴效應的影響，所得日地距離並不準確。這個數值，讓19世紀的天文學家
使用了將近百年之久。光暈效應並非都是壞處，至少在1761年的金星凌日事件中，蘇俄聖
彼得堡的天文學家Mikhail Lomonosov就以之提出：這應是金星有大氣層的象徵，而他的想
法也的確是對的！下圖為其中一張金星凌日全世界可見區域的「預報圖」。

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/0/mappemonde_small.jpg

　　1769年，戰事已結束，全世界有151位觀測者、分散在77個不同的地點。其中最受矚目
的就是庫克船長（Captain James Cook）在大溪地（Tahiti）的觀測。庫克船長為英國人
，當時正在世界探險的途中，正好巧遇金星凌日事件，便在大溪地觀看。船員們在大溪地
的最高點蓋了一座簡易天文台，名為Point Venus Observatory，觀其名即可知，是專為金
星凌日蓋的。不過這個天文台中的設備後來遭竊，已不復存在。而所有觀測中，記錄最精
確的，是一隊來自法國的觀測隊，領隊是Jean-Baptiste Chappe d'Autreroche，他們在
1761年到西伯利亞觀測時失敗，1769年捲土重來，遠渡重洋到美國加州進行觀測，這些科
學家終於獲得夢寐以求的資料，然而d'Autreroche和其他成員卻染病而亡，只剩下其中三
位成員倖存。這三位成員又遠渡重洋踏上返回巴黎的旅程，其中兩位在途中死亡，最後剩
下的一人，終於在1770年，活著把觀測資料帶回巴黎，世人才知他們的艱辛歷程。

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/6/phot-04b-04-preview(tahiti1769).jpg

　　1824年，德國知名天文學家恩克（Johann Franz Encke）利用1761與1769年的觀測結
果，計算出日地距離為153,340,000公里，誤差為660,000公里，與現在精確的日地距離相
差了2.5%。

　　1874年的金星凌日，讓全世界的天文學家動了起來，由英國與國科學界主導，巴西、
葡萄牙、蘇聯等國都積極參與，美國更砸下17萬7000美金準備進行這項天文事件的觀測（
1874年的17萬美金是天價囉！），不僅在事件發生之前10年左右就已開始訓練、模擬如何
精確地掌握金星凌日時的各接觸時間，且為此發明了不少新儀器，而當時也恰是天文學家
開始將照片技術應用在天文觀測上之時，其他如一秒可拍20張的快速攝影技術、光譜觀測
等，都是彼時發明，所以，所得觀測結果自然比十八世紀的還精密。可惜當時的「濕板底
片」技術不佳，絕大多數的照片沒有留存下來。下側照片為1874年時攝於St. Paul的系列
照片。

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/6/st_paul_obs03-1874.jpg

　　1874年的金星凌日事件，可見的地區包含中國大陸、日本、紐西蘭一帶，有法國天文
學家特地組隊到北京進行金星凌日的觀測。當時中國大陸可見事件發生時間恰在正午前後
。筆者在北京天文台主編的「中國古代天象紀錄總集」一書中發現兩筆記錄：

  ˙清光緒浙江《石門縣志》卷11頁22：清穆宗同治十三年十一月朔，「日中有黑子」
  ˙民國上海《重輯張堰志》卷11頁6：清穆宗同治十三年十一月朔，「日中有黑子」

「清穆宗同治十三年十一月朔」的時間相當於1874年12月9日，恰巧就是1874年金星凌日發
生的時間。不知老祖先們所見的「日中有黑子」，是否就是金星在日面上呈現的黑影？

　　鑑於1874年的事件在科學史上得列入「非常成功」一欄，因此1882年的金星凌日更備
受重視，應該說是「瘋狂」的地步，當年可見區域主要位在南美洲一帶，美國本土也有部
分區域全程可見，但美國海軍天文台還是派遣8組觀測人員赴世界各地進行觀測；當時的美
國媒體極力批評，認為這是個「浪費之舉」，但這些科學探險隊還是一一成行。1882年時
，乾板照相技術已經開始發展，其品質已經比濕板底片好太多，也更易保存，所以現今全
世界共遺存2000多幅當時的觀測照片，相關的論文、札記等不計其數。觀測結果計算出來
的日地距離為148,323,200公里，也較1761、1769年的精確多了，不過觀測誤差仍有86,000
公里。下圖左便是1882年的觀測照片之一，而下圖右則是當時比利時天文學家記錄的「黑
滴現象」與「光暈現象」。

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/3/photovenus1882.jpg
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/1/black-drop-Belgian1882.jpg


九、其他的凌日事件：

　　其實除了水星與金星外，也看得到其他的凌日事件喔！

太陽系中：

　　行星凌日的條件是什麼？是某顆行星必須介在太陽與觀測者之間。因此，對地球而言
，只有水星與金星可能會介在日地之間，所以只看得到水星與金星凌日；不過，到了火星
上，就可看到水、金、地三顆行星的凌日，到了木星，就看得到水、金、地、火四顆行星
的凌日現象...。所以，太陽系中的其他行星也可依此類推，愈靠太陽系外側的行星，可以
見到的凌日現象愈多。（想一想：在太陽系的哪裡可以看到八大行星凌日的現象呢？）

太陽系外：

　　自1995年發現第一顆太陽系外的行星（稱之為「系外行星（exoplanet）」）之後，目
前（2012.03.31截止）已確認的系外行星總數約有760多顆，大多是利用觀測母恆星受到行
星重力而使恆星位置受到輕微擾動的徑向速度法得知行星的存在。用這種方式測得的行星
大都在幾十光年內，且行星質量都在數倍木星質量之譜，所引起的母星運動微擾才能大到
足以觀測。而這種方法無法算出行星真正的質量大小，只能確定質量低限為何。

　　但若能利用「行星凌日（transit）」法來找系外行星，當行星從母星前面經過時，會
遮掩星光使母星亮度減低，藉由周期性的凌日，天文學家就得以計算出行星的公轉周期、
質量、直徑、與母星間的距離等資訊。這種方法約從10年前才開始發展。而且，藉由行星
凌日法可以搜尋出像地球級行星，被視為系外行星搜尋的劃時代新法。第一顆以行星凌日
法找到的系外行星為飛馬座的HD 209458b；迄今以行星凌日法已確認230顆系外行星，另還
有2000多顆等待確認，發現系外行星的成效斐然。

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/5/hst-transit-artist.jpg
行星凌日示意圖。引用自HST網站。


十、如何利用金星凌日觀測結果計算日地距離：

　　以下的計算方式，只是近似估計法，略去龐大的計算，這個三角視差法，有簡單三角
函數概念者都足以應付這樣的計算方式。

1.假設地球繞太陽公轉的軌道是正圓，則地球到太陽的距離便是此圓的半徑a，天文學家規
定這個距離為1「天文單位（Astronomical Unit，AU）」。

2.太陽的直徑設為D（以公里為單位）。從地球上看來，天球上的大圓是360度，太陽的直
徑以角度來表示則約為0.5度左右。則
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/2/eq%20-1.jpg，π為圓周率（0.34159）。
所以只要知道D，就可以計算出日地距離a。從金星凌日觀測結果計算出來的，就是D的數值
。

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/1/sun-earth-distance-2.jpg

3.如上圖，A、B分別為地球（Earth）上同一經度、不同緯度的兩個地點，A'與B'分別為兩
地看到的日面（Sun）上金星（Venus）凌日的位置。

4.假設金星到地球的距離為d，則金星到太陽的距離為a-d。則可將日、金、地之間的關係
簡化為上圖下方的簡圖。由相似三角形的關係可得
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/8/eq%20-2.jpg。

5.利用克卜勒第三運動定律：http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/4/eq-2.jpg，
其中，金星的公轉週期TV=224.7天，地球公轉週期TE=365.25天。帶入公式得
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/9/eq-4.jpg。

6.所以A'B'=2.61AB，其中，AB即為A、B兩地的距離，忽略地球表面是圓形的事實，假設AB
為直線距離。

7.如右圖，http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/5/vt2004-edu3-fig3.jpg假設M及
N為從A、B兩地看到金星在日面上的位置（兩者間的距離以公釐為單位），C為日面圓心位
置。我們在圖中量到的太陽直徑為R（以公釐為單位），則
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/0/eq-5.jpg。

8.將2.與6.的結果代到7.中，則可得
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/4/eq%20-6.jpg。

　　現在已知a相當於1億5000萬公里左右（精確的數值應是1AU＝149,597,870.691公里）
，太陽直徑則為140萬公里左右，大家可以用自己觀測的結果，計算看與日地真實的距離相
差多少。


十一、關於金星：

　　金星，Venus，西方神話故事中愛與美的女神維納斯，為八大行星中，不僅是與地球距
離最近的行星，且質量、體積、密度、化學組成等都地球類似，故金星內部組成結構極可
能與地球相同，且都擁有大氣，許多人都將地球與金星視為「姊妹星」。天文學家認為金
星形成的時間與地球相同，約在46億年前左右。右側照片為「水手十號（MARINER 10）」
太空船拍攝的金星照片。

　　金星在八大行星中，擁有多項「之最」的頭銜：她的表面溫度最高（約攝氏450度）、
類地行星中的地表大氣壓力最高（約90大氣壓）、自轉速度最慢（243天）、軌道離心率最
小（0.0068，意為更接近正圓）、表面反射率最高（0.59），且是全天空除日月外最亮的
星星（-3.9等∼-4.7等）。

　　更特別的是，金星的自轉方向為逆行，也就是說，是由東向西轉，與地球自轉方向相
反。這個事實，一直到1962年才由雷達觀測確定。所以，如果有人說：「太陽真的會打西
邊出來！」這個論點在金星上倒是正確的。不過，由於金星自轉一周為243天地球日（恆星
日），公轉一周為224天地球（恆星年），所以在金星上看到的日出到下一次日出的實際「
一天」，約相當於117天地球日（太陽日）。天文學家猜測，金星自轉逆行的原因，很可能
是因為40幾億年前剛形成時，行星胚之間互相撞擊，或是受到彗星、小行星等的撞擊，因
而造成自轉方向相反。另一種理論則是認為因金星大氣太過濃厚，與太陽的潮汐力交互作
用之下，因大氣的摩擦力造成金星逆轉。不過這些假設目前都無實證。

　　金星的大氣非常濃厚，大氣壓力高達地球表面的90幾倍，表面覆蓋著一層厚厚的雲層
，地面望遠鏡根本無法穿透這些雲層，科學家一直無法參透金星表面的實際情況。美蘇兩
國從1960年代開始展開金星的太空任務，才稍微解開金星表面之謎。1973年美國的水手10
號首度拍到金星照片並傳回地球；1975年蘇聯的金星9號（Venera 9）首度拍到金星地表照
面傳回地球；1978年美國的先鋒金星1號（Pioneer-Venus 1）首度對金星進行雷達探測；
尤其是1989年美國麥哲倫號（Magellan）對金星進行高精密度的雷達探測，目前已掌握98
％的金星表面地形精確狀況。右圖為利用麥哲倫號雷達探測資料繪出的金星第一高山—麥
克斯威爾山（Maxwell Montes，11公里高）的景象。目前還有金星特快車號（Venus
Express）正在環繞金星觀測，陸續傳回的資料，讓科學家們得以愈來愈瞭解金星的大氣、
磁場和內部結構等特性。

　　金星大氣不僅非常濃厚，又絕大部分是由二氧化碳與氧化硫所組成，這些都是非常有
效率的「溫室效應」氣體，也就是說，太陽照射在金星表面時，金星表面吸收後再輻射的
能量，會被這些溫室效應氣體吸收會再輻射，一部份的能量又再度回到金星表面，永遠無
法脫逃到太空中；如是長此以往，金星表面能量累積愈多愈多，溫度愈來愈高，終於變成
九大行星中，比最靠近太陽的水星表面溫度還高的行星。科學家猜測金星表面可能一度有
類似地球的海洋，不過因溫度愈來愈高，最後就全部蒸發光了。

　　至於為何金星沒有像地球一樣的四季變化？那是因為地球有四季，是因地球自轉軸相
對於公轉軸有一23.5度的傾角，使太陽直射的地表位置隨時間改變；然而金星的自轉軸幾
乎垂直於其公轉平面，公轉軌道又幾近正圓，因此缺乏四季變化。其他行星中沒有四季變
化的還有木星，原因相同。雖然缺乏四季，但金星表面的雲層相當濃厚，雲頂風速相當快
（時速350公里），約四天就可環繞金星一周。

　　然而，因金星自轉速度非常慢，可能使其缺乏內部的熱對流，因此金星磁場很微弱，
只有地球平均磁場的0.000015倍；但科學家認為數十億年前，金星磁場應與地球相差不多
。缺乏磁場的保護，來自太陽的輻射轟擊將可長驅直入，直達金星地表。不過，好在金星
還有大氣的保護，大氣高層受太陽紫外線照射而產生的電離層，多少還是可以阻擋一些來
自太陽的輻射。

　　金星表面地形北高南低，北半球充滿高地，南半球則多是平緩的平原區。金星表面缺
乏板塊，科學家認為金星整個表面就是一塊板塊。雖然缺乏板塊運動，但金星表面局部區
域的地體構造運動相當頻繁，尤其是高地地區，且表面地質年齡據估計僅有數億年，與地
球表面動輒數十億年相較之下，顯得相當年輕。科學家估計可能有上百座火山遍佈金星表
面，且大多為盾狀火山（坡度很緩的火山），其他如地塹、斷層、褶皺等也都相當多，因
此推斷可能是活躍的火山活動流出的熔岩流，使金星表面地質年齡如此年輕。而且因金星
表面大氣壓力很大，岩漿中的含水量必須比地球上的岩漿還多才能用「噴發」的，故金星
的火山熔岩只會緩慢的「流」，類似夏威夷火山一樣。造成金星表面火山活動如此活躍的
原因，很可能是因為她與太陽非常接近，強烈的潮汐作用，使其內部尚未冷卻的岩漿不斷
地從地體較脆弱的地方冒出所致。這些活躍的火山活動很可能還會持續很久，金星表面要
維持像地球一樣的剛體狀態，相當不易。

　　從上述種種狀況來看：高溫、高壓、無水、大氣中充滿碳酸與硫酸、火山活動頻繁，
這些狀況都不適合生物生存與發展。因此，早期科學家曾有移民金星的想法，現已全部放
棄。


十二、金星與地球的比較：

物理特徵             金星        地球        物理特徵        金星      地球
質量 (kg)            4.869×1024 5.976×1024 自轉週期 (天)   -243.0187 0.99727
質量 (以地球為 1)    0.81476     1           公轉週期 (天)   224.701   365.2422
赤道半徑 (km)        6,051.8     6,378.14    軌道傾角 (度)   3.394     0.000
赤道半徑             0.94886     1.          軌道離心率      0.0068    0.0167
 (以地球為 1)
到太陽平均距離 (km)  108,200,000 149,600,000 平均軌道速度    35.02     29.79
                                              (km/sec)
到太陽平均距離       0.7233      1           自轉軸傾角(度)  177.36    23.45
 (以地球為1)
平均密度 (gm/cm3)    5.250       5.520       視星等 (Vo)     -4.4      ---
赤道表面重力(m/sec2) 8.87        9.78        反照率          0.76      0.37
赤道逃逸速度(km/sec) 10.36       11.18       表面大氣壓(bar) 92        1.013
平均表面溫度         465°C      15°C       衛星數          0         1
大氣組成                                     最高峰          麥克斯威  聖母峰
 二氧化碳            96%         < 1%                        爾山(17km) (8.8km)
 氮                  3+%         77%2
 氧                  ---         1%

註：金星自轉方向與地球相反，故其自轉週期以負數表示。


參考資料：
1.http://www.vt-2004.org/
2.http://eclipse.gsfc.nasa.gov/OH/transit12.html
3.http://sunearth.gsfc.nasa.gov/eclipse/eclipse.html
4.http://www.transit-of-venus.org.uk/index.htm
5.http://www.exploratorium.edu/venus/index.html
6.Jean Meeus, 1989, Transit, Willmann-Bell Inc., USA.
7.北京天文台主編，中國古代天象紀錄總集，1988年出版，江蘇科學技術出版社。
8.William Sheehan and John Westfall, 2004, The Transit of Venus, Prometheus
  ooks.
9.Michael Maunder and Patrick Moore, 2000. Transit, When Planets Cross the Sun,
  Springrt-Verlag London Limited.
10.Wli Maor, 2000, June 8, 2004, Venus in Transit, Princeton University Press.



http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/list3.asp?mtype=c9&cate_id=52

臺北市立天文科學教育館

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