請說明如何利用凌日現象的觀測,或者三角測量法的不同地點的觀測時間差異進行金星距離的測量,甚至是太陽大小的估算?

在〈【教學網誌014號】銀河系大定位:金星的距離★gs18-三六組專屬任務★〉中有 7 則留言

  1. 哈哈哈~~~
    我是第一名!!

    天文學家利用兩地以上、準確的金星凌日發生與結束時間,就可以測量地球到太陽的距離,而一旦確認了地球到太陽的距離,就可藉此計算太陽系其他行星到太陽的距離(刻卜勒第三運動定律)。因此,在早期科學儀器不發達的情形下,金星凌日是少數能讓科學家得知日地距離或太陽視差的方式。要計算日地距離,就必須有兩地以上的觀測資料,因為不同地點所看到的金星凌日開始和結束時間、及切過太陽盤面的位置都不太一樣,利用這種時間與位置上的差異,可經由簡單的數學計算來推算日地距離,所以金星凌日計算日地距離的科學工作必須通過國際合作觀測才能達成!

  2. 金星凌日的成因與日食相同,只是遮蔽太陽的金星看起來比較小,視直徑約略是57.8個角秒,大概是太陽視直徑的3﹪,若太陽像籃球這麼大,則金星約像葡萄乾大小,與大型黑子群相當,故「視力好」的人可以輕易地以肉眼看見日面上的金星黑影。因此,建議有興趣的人可以利用下列方式來觀察這難得一件的金星凌日現象。不過,要很鄭重地提醒大家:太陽觀測是件危險的工作,絕對不可在毫無任何保護裝置之下,用肉眼直視太陽,因為可能會造成眼睛的永久損傷!

    金星凌日的觀測方法與觀測日食的方式很接近,一樣可以用投影或攝影等方式觀察,不過最好能將影像放大,好分辨各個凌日現象及發生時間。

    一般觀賞或攝影:

    用目視的方法觀賞太陽之前,必須先確定:您拿來減光用的器材絕對是有效且安全的!這裡所謂的減光器具,可以用身邊隨手可得的東西,例如二層曝光且沖洗過的「黑白底片」(別用彩色底片,效果不佳),或是一般CD唱片有銀色薄膜的部分等;千萬別以為一般的太陽眼鏡也同樣的效果,那只會使你的眼睛瞎得更快,而前人使用的以臉盆裝水,看水中太陽倒影的方法也不可靠。

    如果沒有望遠鏡,可以利用一個紙盒,用針尖在紙盒上方鑽一小孔,紙盒底端則鋪一塊白色的影紙板。觀測時將小孔對準太陽,使太陽影像經由「針孔成像」原理投影在紙盒底端來觀察。若能在小孔前方加片透鏡來放大影像,效果會更好。這種觀測方法每次觀看時間最好不要超過一分鐘。

    現在市面上有販售太陽觀測專用減光濾紙(Astro SolarTM filter),可買來裁切至適當大小,做成眼鏡狀以便配戴觀賞。不過,這種濾紙可能單一一張的減光效果不夠,在正式觀看太陽前,最好事先將數張濾紙重疊,測試一下幾張濾紙疊加起來的效果最好、最不傷眼睛。這種觀測方法每次觀看時間最好不要超過一分鐘。(備註:可將4支以上天文館立體劇場的立體眼鏡依「正反正反」的順序疊加起來,如上頁照片,其減光效果拿來看凌日或日食都不錯,不過每次觀看時間最好還是不要超過一分鐘。)

    有望遠鏡者,也可以透過望遠鏡來投影。在望遠鏡後方擺放白色螢幕或白紙上,螢幕或白紙的位置絕不太接近望遠鏡的焦點,觀測者也不可以太靠近螢幕或望遠鏡鏡筒,以免因望遠鏡聚光而使螢幕或白紙燒起來,造成觀測者嚴重灼傷;螢幕或白紙的位置最好離焦點一段距離,以太陽盤面直徑放大到10公分以上的方式來觀察金星凌日現象會比較明顯而安全,觀測者則最好站在望遠鏡側邊。

    如果沒有望遠鏡,又想有望遠鏡可觀測太陽的人,不妨嘗試用放大鏡和一些簡單的器具來自製簡易的太陽觀測用望遠鏡,效果還不錯喔。

    若要直接以肉眼透過望遠鏡來觀看金星凌日現象,或是利用攝影設備拍攝金星凌日的過程,必須要將望遠鏡加裝適當的減光設備才可以(最好裝在物鏡前方),用普通的太陽眼鏡沒用喔!如前所述的太陽觀測減光濾紙,或是望遠鏡專用的太陽濾鏡,才是所謂的「適當減光設備」。

    若您自己沒有望遠鏡與一些特殊設備,又想看看放大的效果,那麼建議您可以親自到天文館來,透過天文館的望遠鏡親眼觀看金星凌日的過程,或是透過天文館的網站即時影像轉播來觀賞這個天文事件。

    科學記錄:金星凌日觀測最重要的就是金星日面邊緣恰好接觸的初虧(T1,I)、食既(T2,II)或生光(T3,III)與復圓(T4,IV)等四個點的接觸時間記錄;本次臺灣地區只能紀錄到初虧、食既的接觸時間,其中初虧(T1)的觀測最困難,要特別注意。

    觀測時,最好能將影像局部放大,仔細觀察各個接觸點的精確時間。計時的精確度最好能達到1秒以下,否則誤差過大,這個觀測資料就沒有科學分析的價值了。

    投影觀測計時,建議準備兩支馬錶或計時器,兩支均需事先校正,在您認為是初虧或食既的兩個接觸點,各按下其中一個馬錶或計時器,並將時間記錄下來。另一種記錄方式為錄音方式,可以一邊播放117報時系統及有滴答聲的計時器,一邊仔細觀察,確認為初虧或食既時,自行發一短聲,事後再來確認短聲的時間並予以記錄之。

    為避免因人為疏失造成觀測誤差,建議大家盡量利用攝影觀測,事前要先將相機或攝影機的時間調整校正,校時的誤差也須達到1秒以下。如以一般機械式相機加一般感光度為100的底片拍攝,則建議光圈為f16,曝光時間則建議1/60~1/250秒,多測試幾張不同的曝光值,以減少失敗率。再次提醒大家:望遠鏡前方需有適當的減光保護裝置,相機及攝影機才能直接接在望遠鏡後方進行攝影。

    任何方式的觀測記錄結果,因需與國際觀測資料比對,因此紀錄後需將時間換算成國際標準時(UT)。臺灣所在時區屬東八區,也就是說國際標準時=臺灣本地時間-8小時。

    計時觀測還有一項非常重要的參數,就是觀測地點的精確經緯度(精密度至少需到1角分,或2公里之內),可利用GPS測量。

    最容易讓觀測結果出現誤差的便是所謂的「黑滴現象(black drop effect)」。在食既(T2)與生光(T3)兩個階段時,金星黑影與日面邊緣會如若即若離般,金星黑影甚至會變形成似水滴狀(如右圖,取自S&T, May 2004, p34)。天文學家認為黑滴現象應是地球大氣擾動造成的。這種效應會使觀察者猶豫T2與T3兩個接觸點的計時時間是否正確。

    另外可能會造成觀測誤差的,是所謂的「光暈效應(halo effect)」,也就是金星位在太陽邊緣,即將進入太陽盤面(初虧–食既)或即將脫離太陽盤面(生光–復圓)的過程時,會出現一圈光暈,如同「日環食」景象一般,這也會影響各接觸點的正確時間判斷。

    最後,請將觀測結果(以UT表示),連同觀測地點經緯度、觀測者姓名、觀測方式等資料,以傳真或email送至天文館,我們將會幫大家把資料與國際交換。如有攝影影像或錄影帶,也請您拷貝一份寄至天文館。

  3. 鄭州13時13分07秒開始,南昌是13時12分31秒開始,相差36秒。淩日總時間是21956秒。1726年哈雷就提出利用不同地點觀測金星淩日來測量日地距離的方法。ab(金星掃過AB所用的時間,即A,B兩地淩日開始的時間差)=36″ a”b”(淩日總時間)=6*3600″ 南昌與鄭州的直線距離約為700公里(AB),MN為金星穿過太陽的路徑長,看照片可以知道大概為太陽直徑的0.75倍,R日=6.96E5公里,所以MN為10.44E5公里,是AB的1450倍。因為角度都很小,可以得出a’b’是ab的1500倍,是a”b”的2.5倍。由三角形相似可得日地距離是金星到地球距離(4100萬公里)的3.5倍,即1.435億公里。

  4. 三角視差法 0.01-100pc 利用太陽到地球的距離作為基底, 測量較近的星球 但較遠的星球, 在半年間的角度量不出來, 適用距離,在 300 光年內的恆星。
    基線 可以是地球上遠距離的兩個觀測點,也可以是地球再繞行太陽公轉時所在的兩個遠距離位置。
    但必須與在他國測量的互相配合,這點再當時十分的困難

  5. 我們能用三角測量法(視差法)來推算出金星的距離,只要能夠在地球上距離很遠的兩個地點觀測金星出現和消失在太陽表面的時間,就能算出金星的距離。

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