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1639年一個凜冽的冬日，一位名叫耶雷米亞·霍羅克斯的年輕人—— едва 20 歲——在英格蘭普雷斯頓附近的住所架起了一架望遠鏡，並將太陽的間接影像聚焦在一張小卡片上。儘管他很聰明，但由於缺乏資金，他在劍橋短暫的學術生涯戛然而止，但他仍然對星星充滿熱情，這得益於他對約翰內斯·開普勒和第谷·布拉赫著作的閱讀。
開普勒的著作是霍羅克斯進行自制實驗的原因。1627年，開普勒是第一位預測金星凌日的科學家——這是一種非常罕見的天文事件，在此期間，金星行星直接從太陽和地球之間穿過，一個黑點遮蔽了太陽盤的一部分。這類似於月球造成的日食——我們上週剛剛目睹了一次環食！——但金星凌日每 243 年發生一次。嗯，情況比這複雜一點，因為它們通常成對出現：模式是八年、105.5 年、八年和 120.5 年。
好訊息是，這種罕見的天文事件下個月將再次發生！而且在美國大部分地區都可見！如果天氣允許，在 6 月 5 日，我們將能夠一睹這一奇觀，甚至不需要望遠鏡，因為金星足夠大，可以用肉眼觀看。但是，您需要採取適當的預防措施，以避免永久性眼睛損傷或失明，就像您在日食期間所做的那樣。理想情況下，您應該前往夏威夷、阿拉斯加或中太平洋島嶼以獲得最佳觀看效果。或者您可以線上觀看，因為美國宇航局電視臺將播出直播節目，跟蹤這一事件，從美國東部時間下午 5:30 開始。
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總之，回到 17 世紀，開普勒預測 1631 年會發生金星凌日，但在歐洲大部分地區都不可見。
開普勒認為下一次凌日要到 1761 年才會發生，並預測 1639 年會近距離錯過。但霍羅克斯在這位偉大天文學家的計算中發現了一個錯誤，並意識到 1639 年會發生第二次凌日，而不是近距離錯過。至少，霍羅克斯已經準備好了他的小型實驗裝置。
起初，天氣似乎不配合：那天多雲，遮蔽了陽光。最後，在下午 3:15 左右——日落前 30 分鐘左右——雲層散開，霍羅克斯得以記錄下第一次金星凌日觀測，一個小的黑色陰影在太陽表面移動。
他使用這些資料對金星的大小以及地球和太陽之間的距離進行了可靠的估計。後者他估計為 5940 萬英里，而實際距離為 9300 萬英里（1.496 億公里），但這無疑比其他人在此之前所做的測量要準確得多。
霍羅克斯在 22 歲時突然去世，這讓他的天文學家同伴和導師威廉·克拉布特裡驚呼：“多麼不可估量的損失啊！”克拉布特裡對這位年輕人的能力印象深刻。他的觀測結果直到 1661 年才發表。
所以，好吧，這是一次罕見的事件，但為什麼如此重要呢？1716 年，埃德蒙·哈雷意識到，人們可以使用金星凌日來確定當時已知的六顆行星之間的距離。（天王星和海王星尚未被發現，冥王星也未被發現，儘管可憐的冥王星的地位仍然是激烈爭論的話題）。
哈雷認為，如果能夠從地球上相距遙遠的地理位置仔細記錄金星穿過太陽表面的開始和結束時間，那麼就應該有可能使用地球上這兩個點之間的距離作為三角測量的基線，來確定金星和太陽的距離。一旦知道了這一點，也就應該有可能計算出整個太陽系的尺度。
哈雷沒有活到看到下一次金星凌日，但他的工作確保了每個人都有充足的時間準備。1761 年的金星凌日天氣不配合，收集到的資料毫無用處，因此天文學家將希望寄託在 1769 年的下一次凌日上。
人們計劃了幾次探險，遍及全球，以確保如哈雷所建議的那樣，從相距遙遠的地理位置進行多次測量。其中最著名的一次是由詹姆斯·庫克船長率領的探險。他的船“奮進號”於 1768 年 8 月 12 日起航，船員包括一位名叫約瑟夫·班克斯的年輕博物學家和一位天文學家查爾斯·格林。他們的任務是：及時到達遙遠的塔希提島，建造一個臨時天文臺，並見證 1769 年 6 月的金星凌日。
這不是一次輕鬆的旅程，儘管庫克在船上準備了富含維生素 C 的麥芽汁和酸菜，至少保護了船員免受壞血病的侵襲。（如果挑剔的船員不吃，就會被鞭打。家長們，我們不建議您對孩子採取這種方法。）這次航行耗時八個月，他在好望角的一次風暴中損失了五名船員，還有一名船員絕望地投海自盡——也許他真的，真的很厭倦酸菜和鞭打——但除此之外，這艘船抵達時，大部分船員都完好無損，身體健康。
經歷瞭如此漫長的旅程，經歷瞭如此多的艱辛，你可能會認為庫克和他的船員在凌日當天會專注於手頭的任務。但他們身處塔希提島，班克斯宣稱塔希提島是“阿卡迪亞（田園詩般寧靜）最真實的寫照”。
這一天以與島嶼國王塔羅阿、他的妹妹和“三位漂亮的女人”共進早餐會議開始。國王和他的隨從如約加入了庫克和他的船員，觀看“太陽上的行星”，但在班克斯 1769 年 6 月 3 日的日記條目中，關於這一壯觀事件的描述總共不到 100 個字。
幸運的是，庫克當時的心情更健談
“今天的天氣對我們的目標來說非常有利，萬里無雲……空氣非常清新，因此我們在觀察金星行星穿過太陽圓盤的整個過程時，擁有了我們渴望的一切優勢：我們非常清楚地看到了行星周圍的大氣層或昏暗的陰影，這嚴重干擾了接觸的時間，特別是兩次內接觸。”
那種“昏暗的陰影”被認為是陽光穿過金星大氣層過濾的結果。實際上，這更多的是一種光學效應，是由金星影像的模糊造成的——通常是由於地球大氣層中的湍流，或者儀器的缺陷。
這類似於你將拇指和食指放在一隻眼睛前，然後逐漸將指尖合攏時發生的情況。就在指尖即將接觸之前，你應該會看到一座陰影橋出現。這足以阻礙庫克和他的天文學家查爾斯·格林的測量，因為它使圓盤的邊緣變得模糊不清。很難準確地確定凌日何時開始和結束。他們的測量結果偏差了大約 42 秒。
庫克的任務並不是唯一遭受這種情況的任務。天文學家從全球 76 個不同的地點跟蹤這一事件，但沒有一個地點獲得足夠精確的測量結果來確定太陽系的尺度。這必須等待未來一代的天文學家。
雖然去程的死亡率出奇地低，但庫克在返程中失去了最初“奮進號”公司的 38 人，包括船上的天文學家格林。大多數人死於瘧疾和在雅加達港口中途停留期間感染的其他疾病。以今天的標準來看，40% 的傷亡率是令人震驚的，但庫克預計會有一半的船員喪生；他可能認為他們已經很幸運了。
即使是那些倖存下來的人，如果以不幸的紀堯姆·勒讓蒂的故事為鑑，他們的境況也不太好。他是一支前往印度本地治裡殖民地的法國探險隊的一員，目的是在那裡測量金星凌日。不幸的是，在他出發後不久，法國和英國之間爆發了戰爭，英國人決定佔領本地治裡。因此，勒讓蒂和他的船員被迫嘗試從模里西斯（當時稱為法蘭西島）見證 1761 年 6 月的凌日。
但是勒讓蒂發現，在船隻搖晃的情況下，不可能進行精確的測量。所以他想，“好吧，我已經在這裡了，八年後還會有一次凌日。我不如留下來等它！”我相信用性感的法國口音說出來會更令人印象深刻。他在馬達加斯加待了一段時間，並決定菲律賓的馬尼拉將是見證 1769 年凌日的絕佳地點，但我們不妨說，他到達那裡後，發現負責的西班牙當局對這個想法“懷有敵意”。
於是他返回本地治裡，現在那裡安全地回到法國人手中，他建造了一個小型天文臺，並等待著。重要的日子到來了，1769 年 6 月 4 日——天空陰雲密佈，什麼也看不見。經歷了這一切之後，勒讓蒂未能見證任何一次金星凌日。“Merde！”他無疑對自己嘟囔道，然後收拾東西返回法國。然而，他的黴運還在繼續。痢疾的爆發推遲了船隻的出發，然後又爆發了一場風暴，所以他最終被困在波旁島，直到他最終在西班牙船上找到回家的航程，那時距離他最初出發已經過去了十一年。
命運再次唾棄了可憐的紀堯姆。這不是一次吉祥的回家。你看，顯然勒讓蒂疏忽了將他決定再待八年直到下一次凌日的訊息告訴他的妻子或親戚。她已宣佈他合法死亡。
在他熱衷於追逐金星凌日的過程中，勒讓蒂失去了一切。字面意義上的一切。另一位天文學家取代了他在皇家科學院的位置，所以他失去了工作。他的妻子再婚了，他的親戚們“熱情地掠奪了他的財產”。所以他也一無所有了。
最後，國王出面干預，擺平了一切，這隻有 18 世紀的君主才能做到。勒讓蒂恢復了工作，拿回了財產，找到了一位新的（希望更有耐心的）妻子，並幸福地生活到 21 年後去世。此後，他因劇作家莫琳·亨特的戲劇《金星凌日》而不朽。
這就是人們過去（和現在！）對科學以及金星凌日等罕見事件的熱情。為了測量太陽系，許多生命和財富都喪失了。
到 1874 年 12 月 8 日和 1882 年 12 月 6 日的下兩次凌日到來時，攝影術已經被髮明出來，天文學家現在可以拍照來記錄這一事件以供後人瞻仰。人們進行了更多的探險和更多的測量，透過考慮過去四次凌日的所有測量結果，天文學家們得以將霍羅克斯最初對地球和太陽之間距離的估計值修正為 149.49 公里，非常接近實際距離 1.496 億公里。
整個 20 世紀都沒有發生金星凌日。上一次發生在 2004 年。如今，現代天文學家更感興趣的是利用凌日來幫助尋找太陽系外行星，尤其是那些使用當前方法難以探測到的小行星。其想法是，透過測量凌日期間的光強度，因為金星會阻擋部分太陽光，天文學家可以確認這種輕微的變暗（僅 0.001 星等）是行星繞軌道執行的跡象。然後他們可以使用類似的方法來搜尋其他恆星系統中的行星。
這一次，天文學家正在利用哈勃太空望遠鏡上的一些儀器，在幾種不同的波長（紫外線到近紅外線）下觀察凌日，從而將陽光分解成其組成顏色，希望能瞭解金星大氣層的成分。反過來，這可能有助於分析太陽系外行星的大氣層，以確定是否有任何行星適合生命居住。
但是哈勃望遠鏡不能像我們一樣直接盯著太陽看；它會燒壞它的相機。因此，計劃是將望遠鏡指向月球表面，將其用作鏡子來捕捉反射的陽光——這是 21 世紀高科技版的霍羅克斯 17 世紀的簡單裝置。然後他們可以分離出穿過金星大氣層的少量光線，其中應該包含金星大氣層的化學“指紋”。
天文學家只有一次機會，所以風險很高。我們將在 2117 年 12 月 11 日之前看不到另一次金星凌日，到那時，嗯，沒有一個閱讀這篇文章的人會活著。而且從美國大部分地區都看不到。
對於我們其他人來說，下個月的凌日將是我們能夠觀看、欣賞，然後反思人類存在的短暫性與宇宙令人難以置信的時間尺度相比的事物——霍羅克斯在一首詩中捕捉到了這種情感，他在思考金星凌日之間漫長的時期時寫下了這首詩
“……汝之歸來後人將見證；歲月流逝
逝去，但最終這壯麗的景象
將再次映入我們遙遠後代的眼簾。”
圖片：（頂部）耶雷米亞·霍羅克斯 1639 年金星凌日草圖。公共領域。（左中）從塔希提島金星角的景色，威廉·霍奇斯（1744-1797 年），布面油畫。澳大利亞國家圖書館。（右中）詹姆斯·庫克繪製的 1769 年金星凌日圖。公共領域。（底部）紀堯姆·勒讓蒂肖像。公共領域。