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观测金星凌日的科学意义
  在科学史上,金星凌日曾起到过非常积极的作用。1716年英国著名天文学家哈雷发表论文提出了一套利用观测金星凌日来计算地球与太阳之间距离的方法,从而使人们首次有可能比较精确地获得太阳系的大小。于是1761年和1769年的金星凌日而成为众多天文学家竞相观测的目标。1824年德国天文学家恩克发表了对两次观测的比较全面的讨论结果,得到地球距离太阳1.53亿公里,但该值的不确定度较大。因为日地距离是一个最基本的天文常数,日地距离的测定被誉为“最崇高的天文问题”,所以天文学家把更多的精力投入到了1874年和1882年的金星凌日观测。最后从1882年的观测结果归算出日地距离为1.4934亿±9.6万公里,现在的为1.49597870亿公里。
  现在,金星凌日与天文单位之间一波三折的故事已经成为往事。今天金星凌日本身的科学意义已经很小。不过,这种现象为天文学家寻找其他的“太阳系”提供了一种重要的方法。
  太阳系外的行星遥远而且深藏在其恒星的光芒之中,想“看”到它们绝非易事。举例来说,木星是太阳系最大的行星,距太阳约5个天文单位,它庞大的身躯抵得上1316个地球。然而,如果有外星人在距我们最近的恒星——半人马α星——观察太阳系,木星距太阳则只有4角秒距离,亮度仅为太阳的十亿分之一。假设外星人拥有的观测设备与目前人类最好的设备相仿,那么在他们看来,木星是完全淹没在太阳的光辉中而不可见的。事实上,绝大多数恒星都要比半人马α星远得多。所以,从地球上看其他恒星的行星也是非常困难的。
于是,天文学家为了让外星行星“现身”,发展出了一些间接的探测方法。我们知道恒星在与它的行星一起围绕二者的质心运动。从远处观察起来,恒星并不是纹丝不动的,它围绕质心运转的过程在观察者看来是在周期性地“摆动”。假如能够对这种“摆动”进行探测,则天文学家就能确定行星的存在了。
  探测恒星的“摆动”,一种方法是多普勒法:恒星向远离地球的方向“摆动”时,其光谱会向红端移动(红移);恒星向接近地球的方向“摆动”,其光谱会向蓝端移动(蓝移);在行星存在的作用下,这种光谱的变化是很有规律的,天文学家可以通过探测这种多普勒效应来发现外星行星。另一种方法,是直接测量恒星在更遥远的恒星背景上的“摆动”。当然,这需要探测仪器有相当的精度。
  自1992年发现第一颗至今,天文学家已经发现了超过120颗太阳系外行星。然而运用上面这些方法时有一个明显的缺陷,即它们无法测得行星的轨道倾角,也就无法得知它们的确切质量。