Транзит Венеры происходит, когда Венера проходит прямо между Солнцем и Землей (или любой другой высшей планетой ), становясь видимой на фоне (и, следовательно, заслоняя небольшую часть) солнечного диска . Во время транзита Венера видна как небольшой черный круг, движущийся по диску Солнца.
Прохождения Венеры периодически повторяются. Пара прохождений происходит с интервалом в восемь лет в декабре ( по григорианскому календарю ), за которым следует разрыв в 121,5 года, прежде чем другая пара происходит с интервалом в восемь лет в июне, за которым следует еще один разрыв в 105,5 лет. Даты смещаются примерно на два дня за 243-летний цикл. Периодичность является отражением того факта, что орбитальные периоды Земли и Венеры близки к соизмеримости 8:13 и 243:395 . Последние пары прохождений произошли 8 июня 2004 года и 5–6 июня 2012 года . Следующая пара прохождений произойдет 10–11 декабря 2117 года и 8 декабря 2125 года.
Транзиты Венеры в прошлом использовались для определения размера Солнечной системы . Транзит 2012 года предоставил возможности для исследований, особенно в совершенствовании методов, которые будут использоваться при поиске экзопланет .
Орбита Венеры имеет наклон 3,39° относительно орбиты Земли, и поэтому проходит под (или над) Солнцем, если смотреть с Земли. [ 1] Транзит происходит, когда Венера достигает соединения с Солнцем, одновременно проходя через орбитальную плоскость Земли , и проходит прямо через диск Солнца. [ требуется ссылка ] [примечание 1] Последовательности транзитов обычно повторяются каждые 243 года, после чего Венера и Земля возвращаются почти в одну и ту же точку на своих соответствующих орбитах. В течение 243 сидерических орбитальных периодов Земли , которые в сумме составляют 88 757,3 дня, Венера завершает 395 сидерических орбитальных периодов по 224,701 дня каждый, что равно 88 756,9 земных дней. Этот период времени соответствует 152 синодическим периодам Венеры. [2]
Пара транзитов происходит с интервалом в восемь лет в декабре, за которой следует разрыв в 121,5 года, прежде чем другая пара происходит с интервалом в восемь лет в июне, за которым следует еще один разрыв в 105,5 лет. Другие закономерности возможны в пределах 243-летнего цикла из-за небольшого несоответствия между временем, когда Земля и Венера достигают точки соединения. До 1518 года закономерность транзитов была 8, 113,5 и 121,5 года, а восемь межтранзитных промежутков до транзита 546 года нашей эры были разделены 121,5 годами. Текущая закономерность сохранится до 2846 года, когда ее заменит закономерность 105,5, 129,5 и 8 лет. Таким образом, 243-летний цикл относительно стабилен, но количество транзитов и их время внутри цикла со временем меняются. [2] Поскольку соизмеримость 243:395 Земля:Венера является лишь приблизительной, существуют различные последовательности транзитов, происходящих с интервалом в 243 года, каждая из которых длится несколько тысяч лет, которые в конечном итоге заменяются другими последовательностями. Например, есть серия, которая закончилась в 541 году до нашей эры, а серия, которая включает 2117 год, началась только в 1631 году нашей эры. [2]
Древние индийские , греческие , египетские , вавилонские и китайские наблюдатели знали о Венере и записывали движения планеты. [3] Пифагору приписывают понимание того, что так называемые утренние и вечерние звезды на самом деле были планетой Венера. Нет никаких доказательств того, что какая-либо из этих культур наблюдала планетарные транзиты. [ требуется цитата ] Было высказано предположение, что фрески, найденные на месте майя в Майяпане, могут содержать графическое изображение транзитов 12-го или 13-го века. [4]
Персидский эрудит Авиценна утверждал, что наблюдал Венеру как пятно на Солнце. Прохождение произошло 24 мая 1032 года, но Авиценна не указал дату своего наблюдения, и современные ученые задаются вопросом, мог ли он наблюдать прохождение со своего места; он мог принять солнечное пятно за Венеру. Он использовал свое наблюдение за прохождением, чтобы помочь установить, что Венера была, по крайней мере иногда, ниже Солнца в космологии Птолемея , [5] т. е. сфера Венеры предшествует сфере Солнца при движении от Земли в преобладающей геоцентрической модели. [6] [7]
Немецкий астроном Иоганн Кеплер предсказал транзит 1631 года в 1627 году, но его методы не были достаточно точными, чтобы предсказать, что его не будет видно на большей части Европы. В результате астрономы не смогли использовать его предсказание для наблюдения события. [9]
Первое зарегистрированное наблюдение прохождения Венеры было сделано английским астрономом Джереми Хорроксом из его дома в Карр-Хаусе в Мач-Хуле , недалеко от Престона , 4 декабря 1639 года (24 ноября по старому стилю). Его друг Уильям Крэбтри наблюдал прохождение из близлежащего Броутона . [10] Кеплер предсказал прохождения в 1631 и 1761 годах и близкое прохождение в 1639 году. Хоррокс исправил расчеты Кеплера для орбиты Венеры, понял, что прохождения Венеры будут происходить парами с интервалом в 8 лет, и таким образом предсказал прохождение 1639 года. [11] Хотя он не был уверен в точном времени, он вычислил, что прохождение должно было начаться примерно в 15:00. Хоррокс сфокусировал изображение Солнца через простой телескоп на бумаге, где он мог наблюдать Солнце, не повреждая свое зрение. Прождав большую часть дня, он в конце концов увидел транзит, когда облака, скрывающие Солнце, рассеялись примерно в 15:15, за полчаса до заката. Его наблюдения позволили ему сделать обоснованное предположение о диаметре Венеры и оценить среднее расстояние между Землей и Солнцем (59,4 миллиона миль (95,6 миллиона км; 0,639 а.е.)). Его наблюдения не были опубликованы до 1661 года, много позже смерти Хоррокса. [11] [примечание 2] Хоррокс основывал свои вычисления на (ложном) предположении, что размер каждой планеты пропорционален ее рангу от Солнца, а не на эффекте параллакса, который использовался в экспериментах 1761 и 1769 годов и последующих. [ необходима цитата ]
В 1663 году шотландский математик Джеймс Грегори предположил в своей Optica Promota , что наблюдения за транзитом Меркурия в широко разнесенных точках на поверхности Земли могут быть использованы для вычисления солнечного параллакса , а следовательно, и астрономической единицы с помощью триангуляции . Зная об этом, английский астроном Эдмонд Галлей провел наблюдения за таким транзитом 28 октября OS 1677 с острова Святой Елены , но был разочарован, обнаружив, что только Ричард Таунли в Ланкаширском городе Бернли, Ланкашир, сделал еще одно точное наблюдение события, в то время как Галлет в Авиньоне просто записал, что оно произошло. Галлей не был удовлетворен тем, что полученный расчет солнечного параллакса в 45" был точным. [ необходима цитата ]
В статье, опубликованной в 1691 году, и более уточненной в 1716 году, Галлей предположил, что более точные расчеты могут быть сделаны с использованием измерений транзита Венеры, хотя следующее такое событие должно было произойти только в 1761 году (6 июня по новому стилю , 26 мая по старому стилю). [12] В попытке наблюдать первый транзит пары астрономы из Британии ( Уильям Уэльс и капитан Джеймс Кук ), Австрии ( Максимилиан Хелл ) и Франции ( Жан-Батист Шапп д'Отрош и Гийом Ле Жантиль ) приняли участие в экспедициях в такие места, как Сибирь , Ньюфаундленд и Мадагаскар. [13] Большинство из них наблюдали по крайней мере часть транзита. Джереми Диксону и Чарльзу Мейсону удалось наблюдать транзит на мысе Доброй Надежды [14], но Невил Маскелин и Роберт Уоддингтон добились меньших успехов на острове Святой Елены, хотя они и использовали свое путешествие с пользой, опробовав метод определения долготы по лунному расстоянию . [15]
Обычно считалось, что Венера обладала атмосферой до транзита 1761 года, но возможность того, что она может быть обнаружена во время транзита, по-видимому, не рассматривалась. Открытие атмосферы планеты долгое время приписывалось русскому ученому Михаилу Ломоносову , после того как он наблюдал транзит 1761 года из Императорской академии наук Санкт-Петербурга . [16] Приписывание Ломоносову, по-видимому, возникло из комментариев, сделанных в 1966 году писателем-астрономом Вилли Леем , который написал, что Ломоносов сделал вывод о существовании атмосферы из своего наблюдения за светящейся дугой. [17] С тех пор приписывание было подвергнуто сомнению. [18]
Для наблюдения за транзитом 1769 года ученые путешествовали по всему миру. Чешский астроном Кристиан Майер был приглашен русской императрицей Екатериной Великой для наблюдения за транзитом в Санкт-Петербурге вместе с Андерсом Йоханом Лекселлом , в то время как другие члены Российской академии наук отправились в восемь других мест в Российской империи под общей координацией Степана Румовского . [19] Король Великобритании Георг III построил Королевскую обсерваторию недалеко от своей летней резиденции в Ричмонд-Лодж , чтобы он и королевский астроном Стивен Демейнбрей могли наблюдать транзит. [20] [21] Хелл и его помощник Янош Сайнович отправились в Вардё , Норвегия. Уэльс и Джозеф Даймонд отправились в Гудзонов залив, чтобы наблюдать за событием. В Филадельфии Американское философское общество возвело три временные обсерватории и назначило комитет во главе с Дэвидом Риттенхаусом . Наблюдения проводились группой под руководством доктора Бенджамина Уэста в Провиденсе, штат Род-Айленд , [22]. Наблюдения также проводились с Таити Джеймсом Куком и Чарльзом Грином в месте, которое до сих пор известно как Точка Венеры . [23] [примечание 3]
D'Auteroche отправился в Сан-Хосе-дель-Кабо в тогдашней Новой Испании , чтобы наблюдать транзит с двумя испанскими астрономами (Висенте де Дос и Сальвадор де Медина). За свои хлопоты он умер там от эпидемии желтой лихорадки вскоре после завершения своих наблюдений. [25] Только 9 из 28 человек из всей группы вернулись домой живыми. [26] [ нужна страница ] Ле Жантиль провел более восьми лет, путешествуя в попытке наблюдать хотя бы один из транзитов. Находясь за границей, он был объявлен мертвым, и в результате он потерял жену и имущество. По возвращении он вернул себе место во Французской академии и снова женился. [13] Под влиянием Королевского общества астроном Руджер Бошкович отправился в Стамбул , но прибыл уже после того, как транзит произошел. [ нужна цитата ]
В 1771 году, используя объединенные данные транзита 1761 и 1769 годов, французский астроном Жером Лаланд вычислил астрономическую единицу, которая имела значение 153 ± 1 миллион километров (95,07 ± 0,62 миллиона миль). Точность оказалась меньше, чем ожидалось, из-за эффекта черной капли . Полученное значение все еще было улучшением расчетов, сделанных Хорроксом. [13] [примечание 4] Хелл опубликовал свои результаты в 1770 году, которые включали значение астрономической единицы в 151,7 миллиона километров (94,3 миллиона миль). Лаланд поставил под сомнение точность и подлинность наблюдений, полученных экспедицией Хелла, но позже написал статью в Journal des sçavans (1778), в которой он отказался от своих комментариев. [ необходима цитата ]
Наблюдения транзитов 1874 и 1882 годов помогли уточнить значение, полученное для астрономической единицы. Три экспедиции — из Германии, Великобритании и Соединенных Штатов — были отправлены на архипелаг Кергелен для наблюдений 1874 года. [27] Американский астроном Саймон Ньюкомб объединил данные последних четырех транзитов и получил значение 149,59 ± 0,31 миллиона километров (92,95 ± 0,19 миллиона миль). [13] [примечание 5]
Научные организации во главе с Европейской южной обсерваторией организовали сеть астрономов-любителей и студентов для измерения расстояния Земли от Солнца во время прохождения 2004 года . [28] Наблюдения участников позволили вычислить астрономическую единицу (АЕ) в 149 608 708 ± 11 835 километров (92 962 541 ± 7 354 миль), что отличалось от принятого значения на 0,007%. [29]
Во время транзита 2004 года ученые попытались измерить потерю света, поскольку Венера заблокировала часть солнечного света, чтобы усовершенствовать методы обнаружения экзопланет . [30]
Транзит Венеры 2012 года также предоставил ученым возможности для исследований, в частности, в отношении изучения экзопланет . Кроме того, это событие стало первым в своем роде, задокументированным из космоса, сфотографированным с борта Международной космической станции астронавтом НАСА Доном Петтитом . Измерение провалов яркости звезды во время транзита — одно из наблюдений, которое может помочь астрономам находить экзопланеты. В отличие от транзита Венеры 2004 года, транзит 2012 года произошел во время активной фазы 11-летнего цикла активности Солнца, и он дал астрономам возможность попрактиковаться в приеме сигнала планеты вокруг «пятнистой» переменной звезды. Измерения, выполненные для видимого диаметра планеты, такой как Венера, во время транзита, позволяют ученым оценить размеры экзопланет. Наблюдение за атмосферой Венеры с помощью наземных телескопов и Venus Express дало ученым лучшую возможность понять промежуточный уровень атмосферы Венеры, чем это было возможно с любой точки зрения по отдельности, и предоставило новую информацию о климате планеты . Спектрографические данные атмосферы Венеры можно сравнить с исследованиями атмосфер экзопланет. Космический телескоп Хаббл использовал Луну в качестве зеркала для изучения света из атмосферы Венеры и, таким образом, определения ее состава. [31] [32]
Транзиты обычно происходят парами, поскольку продолжительность восьми земных лет почти такая же, как 13 лет на Венере. Это приблизительное соединение недостаточно точно, чтобы произвести триплет, поскольку Венера приходит на 22 часа раньше каждый раз. Последний транзит, который не был частью пары, был в 1396 году (планета прошла немного выше диска Солнца в 1388 году); [33] следующий будет в 3089 году. [ необходима цитата ]
Через 243 года транзиты Венеры возвращаются. Транзит 1874 года является членом 243-летнего цикла № 1. Транзит 1882 года является членом № 2. Транзит 2004 года является членом № 3, а транзит 2012 года является членом № 4. Транзит 2117 года является членом № 1 и так далее. Однако восходящий узел (декабрьские транзиты) орбиты Венеры смещается назад каждые 243 года, поэтому транзит 2854 года является последним членом серии № 3 вместо серии № 1. Нисходящий узел (июньские транзиты) смещается вперед, поэтому транзит 3705 года является последним членом серии № 2. [ необходима цитата ]
В течение более длительных периодов времени новые серии транзитов начнутся, а старые серии закончатся. В отличие от серии сароса для лунных затмений, транзитная серия может перезапуститься после перерыва. Транзитная серия также гораздо больше различается по длине, чем серия сароса. [ необходима цитата ]
Иногда Венера только касается Солнца во время транзита. В этом случае возможно, что в некоторых областях Земли можно увидеть полное прохождение, в то время как в других регионах будет только частичное прохождение (без второго или третьего контакта ). Последнее прохождение такого типа было 6 декабря 1631 года, а следующее такое прохождение произойдет 13 декабря 2611 года. Также возможно, что прохождение Венеры можно будет увидеть в некоторых частях мира как частичное прохождение, в то время как в других Венера пропустит Солнце. Такое прохождение в последний раз произошло 19 ноября 541 года до нашей эры, а следующее прохождение этого типа произойдет 14 декабря 2854 года. [2] Эти эффекты обусловлены параллаксом , поскольку размер Земли обеспечивает разные точки зрения с немного разными линиями зрения на Венеру и Солнце. Это можно продемонстрировать, закрыв глаз и держа палец перед меньшим более удаленным объектом; когда наблюдатель открывает другой глаз и закрывает первый, палец больше не будет находиться перед объектом. [ необходима ссылка ]
Одновременное прохождение Меркурия и Венеры случается, но крайне редко. Последнее такое событие произошло 22 сентября 373 173 г. до н. э. , а следующее произойдет 26 июля 69 163 г. [ 34] и снова 29 марта 224 504 г. [35] Одновременное прохождение солнечного затмения и прохождения Венеры в настоящее время возможно, но очень редко. Следующее солнечное затмение, происходящее во время прохождения Венеры, произойдет 5 апреля 15 232 г. [36]
Канадская рок-группа Three Days Grace назвала свой четвертый студийный альбом _Transit of Venus_ и объявила название альбома и дату релиза 5 июня 2012 года, дату последнего прохождения Венеры. Первая песня альбома, «Sign of the Times», ссылается на прохождение в тексте «Venus is passage by».
« Прохождение Венеры по диску Солнца» было написано Джоном Филиппом Сузой в 1883 году в ознаменование прохождения Венеры по диску Солнца в марте 1882 года.
точка Венера Кук.