为什么金星凌日有时过8年发生一次,有时却要相隔100多年

金星凌日是金星视圆面呈小黑点状投影在太阳表面上的天象,是金星运行到日、地之间且三者在一条直线上时发生的。金星凌日,一是珍稀,二是好看,所以是值得观赏的难得天象。金星凌日的发生,相隔8年为一组,而且不是同在6月8日前后,就是同在12月10日前后。8年一组过后,就要相隔105.5年及121.5年交错发生。

金星凌日出现的规律,是地球与金星绕太阳公转造成。金星和地球的公转周期分别是224.6960日和365.2564日。金星转得比地球快。金星转到地球与太阳之间的位置称为“下合”。如果金星与地球的轨道在同一个平面上,那么每次下合都会“凌日”;实际上金星和地球两个轨道面之间有3.39°的夹角,所以从地球上看,金星下合时与太阳的角距离最大会达到8.86°。只有在两轨道面的交线附近发生金星下合,才有可能与太阳连成一条直线而发生凌日。

多次曝光的金星凌日照片

两轨道面交线与两轨道各有升、降两个交点,地球每年通过这两个交点的日期是基本固定的,分别是12月10日和6月8日前后。金星两次下合的间隔日期叫“会合周期”。设T和E分别为金星和地球的公转周期,S为会合周期,都以日为单位。从下合开始,一日之内金星转了1/T圈,地球转了1/E圈,金星超前地球(1/T - 1/E)圈。当金星的超前量累积到整整一圈的时候,金星又来到与地球会合的位置,所需时间S等于1/(1/T - 1/E)日。这就是金星和地球的会合运动方程。这个方程同样也可用来计算金星和水星的凌日。

不难计算,金星的会合周期S等于583.920日。地球过交点的周期为E,等于365.2564日。两者周期不同,而且不能通约,所以完全准确地既到达下合位置,又同时都在交点上,而且要使金星黑点准确地从日面中心通过,几乎是不可能的。幸好太阳有一个较大的圆面,角直径约0.5°。当金星下合时,金星与日面中心的角距离小于15′,就可以看到凌日了。这个条件依然比较苛刻。有三个时间段符合这个苛刻的条件,那就是8年、105.5年和121.5年:

8E-5S=8×365.2564-5×583.920=+2.45日

105.5E-66S=105.5×365.2564-66×583.920=-4.17日

121.5E-76S=121.5×365.2564-76×583.920=+0.73日

经过这三个时间段以后,地球到达交点与金星下合的日期接近吻合,满足发生凌日的条件。这三个时间段的循环组合就形成了金星凌日看似神秘的奇特规律。

经过这三个时间段以后,地球到达交点与金星下合的日期接近吻合,满足发生凌日的条件。这三个时间段的循环组合就形成了金星凌日看似神秘的奇特规律。

1631—2984年金星凌日的发生日期
( 双日期表示凌日带跨太平洋中的日界线 )
发生年月 间隔 (年)
1631.12.7 8
1639.12.4 121.5
1761.6.6 8
1769.6.3/4 105.5
1874.12.9 8
1882.12.6 121.5
2004.6.8 8
2012.6.5/6 105.5
2117.12.10/11 8
2125.12.8 121.5
2247.6.11 8
2255.6.9 105.5
2360.12.12/13 8
2368.12.10 121.5
2490.6.12 8
2498.6.10 105.5
2603.12.16 8
2611.12.13 121.5
2733.6.15 8
2741.6.13 105.5
2846.12.16 8
2854.12.14 121.5
2976.6.16 8
2984.6.14  

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