飞鱼博客

“凌日”是天象中“食”的一种，其原理与日食很相似，是内行星从地、日间通过，我们见到一个黑点在日面缓缓掠过的现象。

凌日现象只有地内行星才会发生，所以，只有水星凌日和金星凌日两种。

一、天象的“食”

当月球运动到地球和太阳之间，并与地球、太阳处于一直线时，月球的影子会扫及地球表面，地球上某些地区便可观测到日食。对地面上的观测者来说，日食表现为月球把太阳遮去。月球把太阳全部遮去，即为日全食；只遮去一部分太阳，称为日偏食。

二、凌日的原理

在本质上与日食一样。地内行星（即水星、金星）在运动过程中，有时会处于地球和太阳之间，当它与地球、太阳处于一条直线时，便会发生凌日现象。尽管金星和水星都比月球大，但由于它们离地球的距离比月球远得多，在地球上看来比月球小得多，因而凌日发生时，地球上的观测者只能看到一个小黑圆点在太阳表面缓慢移动。

只有当地内行星位于地球和太阳之间，并且其公转轨道平面与黄道面相交时，才会发生凌日现象。所以，凌日现象的出现很有规律。水星凌日必然发生在11月10日或5月8日前后，每100年平均有13次（13.4次），其中发生在11月的有9次，发生在5月的有4次。金星凌日必然发生在6月7日或12月9日前后，其中6月7日前后的凌日机会略多。

离太阳越近，发生凌日的机会越多。金星离开太阳要比水星远，所以发生凌日的机会要比水星少得多。

三、金星凌日

金星绕太阳的公转周期是224.701天，地球公转周期为365.246天，因此两者的会合周期为583.92天。一般情况下，两次凌日之间的间隔为8年、105.5年、8年、121.5年，以此循环往复，这就是243年周期，也是金星凌日最基本和最稳定的周期。在243年中，可发生5次金星凌日。严格来说，金星凌日有8年、243年和251年的周期。8年周期相当于8个地球年、13个金星年和5个会合周期，243年周期相当于243个地球年、395个金星年和152个会合周期，而251年周期则相当于251个地球年、408个金星年和157个会合周期。但具体情况比较复杂。若上一次凌日时金星运动的路径恰好经过太阳圆面中心附近，那么8年后金星的运行路径就刚好位于太阳圆面边缘之外，因而相隔8年便不会有连续2次金星凌日。

金星凌日现象非常罕见，在人类历史上，从1639年起，包括2004年6月8日的凌日在内，为人们所看到的金星凌日天象总共只有6次。

金星凌日上次在2004年6月8日下午，下次在2012年6月6日上午（预计持续6小时）。

再往后的几次金星凌日将依次发生于2117年12月11日、2125年12月8—9日、2247年6月11日、2255年6月9日……。天文学家可以对日食、月食、凌日这一类特殊天文现象作出1000年，甚至更长时间的准确预报。

四、水星凌日

水星绕太阳运行的周期为88天，但是由于水星和地球的公转轨道存在一定的7度的夹角，水星、太阳、地球很少会排列在一条直线上。

人类历史上，从1631年至2006年，共出现51次水星凌日，其中，发生在11月的有36次，发生在5月的仅有15次。每100年，平均发生水星凌日13.4次

地球每年5月8日前后经过水星轨道的降交点，每年11月10日前后又经过水星轨道的升交点。所以，水星凌日只能发生在这两个日期的前后。

水星凌日上次在2006年11月8日，下次在2016年5月9日（中国在夜晚看不到）。

五、凌日过程

凌日整个过程所经历的时间取决于凌日时内行星的运行路径，路径越接近太阳圆面中心，凌日的过程越长。2004年的金星凌日整个过程历时6个多小时。

凌日过程有五个特殊时刻：

内行星圆面与太阳圆面外切时称为凌始外切，它标志凌日过程的开始；内行星圆面与太阳圆面内切时称为凌始内切，从此时起，整个内行星圆面进入太阳圆面；内行星圆面中心距太阳圆面中心最近的时刻称为凌甚，它在凌日过程中并无特别重要的意义；内行星圆面与太阳圆面再次内切时，称为凌终内切；最后，内行星圆面与太阳圆面再次外切，称为凌终外切。在这五个特殊时刻中，凌甚时刻无法直接取得，而凌始外切时刻的实测记录也比较困难，可以比较准确记录下来的是凌始内切、凌终内切和凌终外切。凌终外切之后内行星就看不到了。

六、凌日的应用

从1631年起，人类观测凌日已有380年的历史。早期天文学家曾通过观测这一现象测定天文单位的公里数，在今天，人们对凌日现象只是作为一种比较罕见的天象来观赏，而凌日本身已没有多大科学研究意义了。不过，这种现象为天文学家寻找太阳系外其他恒星的行星提供了一条重要途径。由于恒星离地球非常遥远，即使在它们的周围有行星，以目前的技术仍无法直接观测到，而需借助间接的方法，其中之一就是观测“凌星”现象。因为行星绕恒星公转，而行星不发光，当远方恒星周围的一颗行星位于该恒星和地球之间时，该行星就会挡住恒星的一部分星光，这就是凌星，其原理与地内行星的凌日现象一样。从地球上看，凌星发生时，恒星的星光会减弱，而这种星光减弱现象可从地球上观测到。分析凌星过程中星光减弱的规律，就有可能推算出恒星周围行星的轨道和质量，这种方法称为“凌星法”。

只有当行星绕恒星的公转轨道平面与地球上观测者的视线方向一致时，才能用凌星法来寻找外星行星，所以迄今为止只观测到一颗恒星的凌星现象，并发现其周围行星的质量为木星的0.67倍。