水星與水星凌日

蘇明俊(高雄市天文學會理事長)今年(2006年)十一月9日的清晨，太陽一出來的時候，臉上將多了一個小圓黑點，那是水星經過太陽的面前所造成的，我們稱它「水星凌日」，是一種很特別的天象。本文主要在介紹水星凌日的現象以及觀測的方法，但之前先介紹一下有趣的水星。第一節 水星簡介水星的特色就是繞太陽公轉的速率特別快，大約0.2409年(約88個地球天)就可以繞太陽公轉一圈，因此在羅馬神話中被稱為上帝的使者，他的形象通常鞋子後面會有一雙翅膀，代表行動迅速，掌管商業、旅行、與偷竊之神，相當於希臘神話中的賀密士(Hermes)。水星還有「度日如兩年」以及「軌道進動」的特殊現象；因為接近太陽，又沒有大氣層，表面的冷熱溫差大到600度(最高溫427℃、最低溫-173℃)也很特別。一、水星的表面與形成過程一直到水手十號(Mariner 10)太空船探測水星後，我們才對水星有稍微的了解，因為從地球用望遠鏡觀察水星，它與太陽的大距(maximum elongation)最多才28度，因此只能在黎明時分或者日落時分才有可能看見，看見的時候也總是在很低的地平線上方，光線必須透過十倍的地球大氣層厚度，造成觀測上的困難。水手十號於1973年11月3日發射升空，1974年3月29日低空飛越水星表面，距離水星表面只有705公里，1974年九月21日第二次飛越水星表面，1975年3月16日第三次，共拍攝了2700張照片，含蓋了水星表面的45%。水手十號傳回來的照片顯示水星擁有類似月球的表面，表面佈滿了隕石坑，包含巨大且多重環形的盆地，還有許多岩漿流的痕跡，隕石坑的大小從100公尺(也就是水熟十號拍到照片中最小的解析度)到1300公里，這是不同時期造成的，有一些是年輕並且邊緣明顯，也有一些有輻射亮線的延伸，隨著被隕石轟炸而邊緣逐漸變得柔和。Hartmann 和Kuiper (1962)定義盆地(basin)為：「具有特殊同心環及放射狀的特徵，既大且圓的窪地」，其他人認為任何隕石坑都比200公里大的盆地還大。水星最大的隕石坑是Caloris 盆地，直徑1300公里，可能是由一個超過100公里的隕石撞擊所造成的，這個撞擊造成同心圓的環形山高3公里，噴出物的範圍約600到800公里寬(木星的衛星Callisto上也有類似的環形山Valhalla region)，地震波以Caloris為中心一直傳到水星的另一邊，並且形成了一個雜亂無章的地形，但在隕石坑被撞擊之後，已有一部份的地方已經被岩漿填滿了。水星表面到處可以看見大弧度的懸崖或分裂的陡坡，顯然是水星冷卻時形成許多皺紋的水星表面，並且收縮了幾公里的大小，如此的收縮產生了很多幾公里高、好幾百公里長的陡坡。大部分的水星表面是平原，佈滿了又老又沉重的隕石坑，但是有一些平原就沒有什麼隕石坑，科學家將這些平原分類為坑間平原(intercrater plains)及平坦平原(smooth plains)，坑間平原很少隕石坑，並且直徑都小於15公里，這些平原可能是因為岩漿流填滿了原有的古地形；在Caloris平原附近有許多平坦平原，因為年輕還沒有很多隕石坑，在某些地區的隕石坑中可以看見填滿的岩漿。水星約在45億年前形成，整個形成的歷史很像地球，當時它們蒐集物質與來自星雲殘骸的時候，就像一次猛烈的行星轟炸，形成初期，水星的密集金屬核心以及矽酸鹽地殼都有所差異，在強烈的轟炸期之後，岩漿流過表面並覆蓋老地層，此時大部分的殘骸已經被掃除，水星進入較輕的轟炸期，在這一期間，坑間平原(intercrater plains)形成了，接著，水星冷卻了。它的核心收縮依序打破了地殼，並且產生了突起的分裂陡坡；在第三階段，岩漿淹沒低漥的地方，形成了平坦的平原(smooth plains)；第四階段期間，微小隕石的轟炸形成了滿是灰塵的表面，所謂的表土(regolith)。少數較大的隕石撞擊表面，產生隕石坑的輻射狀條紋，除了偶而的隕石撞擊，水星的表面不再活動，相同的面貌維持了好幾百萬年。二、水星上「度日如兩年」如果你住在水星上，一天之中就有兩次過年！□水星公轉速率最快！水星是離太陽最近的行星，運動的速率當然是九大行星中最快的。但請注意，水星跑得最快，並不代表它受到太陽的萬有引力最大。九大行星中受到太陽萬有引力最大的行星，並不是水星，而是木星，主要是因為木星的質量太大了，表一顯示九大行星受到太陽的萬有引力大小關係，我們可以看到木星受到太陽的引力是地球的11.7倍，水星則只有地球的0.367倍而已。那為什麼水星會繞轉最快呢？根據刻卜勒第三定律，行星繞轉太陽的速率(或週期)只和行星離太陽的距離(公轉軌道半徑)有關，而與行星的質量或萬有引力沒有關係。水星為了不被太陽吸引而墜落太陽表面，就必須將太陽的引力轉化為圓周運動的向心力，一直繞著太陽運行。表一：九大行星受太陽引力大小比較錶行星行星質量(以地球為單位)行星平均軌道半徑(天文單位)行星受太陽的引力(以地球為單位)水星0.0550.38710.367金星0.8150.72331.558地球1.0001.00001.000火星0.1071.52370.046木星317.8325.202611.742土星95.169.55491.042天王星14.5419.21840.039海王星17.1530.11040.019冥王星0.002339.54030.00000147水星軌道的離心率非常地大(e=0.2)，是一個很長的橢圓形，在近日點時距離太陽4600萬公里，而在遠日點時，卻有7000萬公里。□水星的自轉很慢！1965年，Pettengill和Dyce利用雷達觀測求得水星的自轉週期是59天(誤差5天)，1971年，Goldstein也利用雷達將週期求得更為精確是58.65天(誤差0.25天)，到了水手十號太空船探測之後，週期就更為精確了，是58.646天(誤差0.005天)。很早以前的水星，它的自轉週期可能很快，科學家推測它當時的自轉週期可能只有8小時，幾百萬年後的今天，受到太陽的潮汐力作用而變慢，如此過程的模型可以證明自轉變漫可能要花上十億年，並且讓行星內部的溫度上升100度。水星繞太陽公轉一圈的週期是88個地球天，自轉的週期是58.65天(地球天)，它的公轉週期是自轉週期的1.5倍，也就是說：水星的自轉很慢，而公轉的速度很快，使得住在水星上的人感覺：水星上的一天之中，已經過年兩次了，真是「度日如兩年」啊，可能比「度日如年」還要多難過一倍。因為水星上的人，從日正當中開始到下一次日正當中的時間是176個地球天；而水星公轉一圈(亦即水星上的一年)的時間是88個地球天。開個玩笑，為什麼住在水星上(假設有人適合住在水星上)會這麼難過呢？沒有空氣，不能呼吸，也聽不到對方的談話，要聽到精採的音樂會難度應該很高吧？沒有海洋沒有水，水上活動當然就免談囉？白天抬頭一看，一顆又大又熱的大太陽掛在天空中，肯定不會太舒服的？倒是晚上就比較快樂了，因為抬頭一看，兩顆大大的星星，金黃色的金星和藍白色的地球就在空中照耀，不幸的是，這些星都不會眨眼睛，「天氣」又未免太冷了些？□水星上的一天至於「度日如兩年」是怎麼來的呢？我們來討論一下水星表面上的一天有多長呢？(T2代表水星自轉的週期、T1代表公轉週期、T就是水星和地球的會合週期)上式中58.65天是金星自轉一圈的時間、而87.99天則是金星繞太陽公轉一圈的時間。計算一下，我們可以得到會合週期T=175.89天，也就是說如果你住在水星上的話，每天(水星天)(從水星的日正當中到下一次日正當中)的長度大約是176天(地球日)，如此一來，你一定發現一件有趣的事，水星上的一年大約88天，而水星上的一天卻是176天，真是「度日如兩年」啊！三、水星的大小水星是太陽家族中第二小的行星(最小的是冥王星)，直徑比地球的40%還要小，但比月亮大了40%，也就是說：假設地球的直徑為1，那麼水星的直徑是0.38，月亮的直徑就是0.27。它甚至於比木星的衛星甘尼美德(Ganymede)及土星的衛星泰坦(Titan)都還要小，但質量卻比較大。(表二是一些星球的比較表，表三是水星的物理表。)表二：水星與一些行星和衛星的比較錶行星或衛星半徑體積(地球為單位)質量(地球為單位)說明水星2440公里0.0560.055太陽系第二小的行星(只比冥王星大)地球6378公里1.01.0體積是水星的18倍，質量約為6×1024公斤冥王星1137公里0.0060.0023太陽系最小的行星，比下面三個衛星還小很多月亮1738公里0.02030.0123比水星小，但比冥王星還大甘尼美德2634公里0.0710.024766體積比水星還大，但質量卻不到水星的一半。泰坦2575公里0.0660.0223四、怪怪的水星水星的軌道很接近太陽，愛因斯坦說：太陽因為重力使得附近的空間扭曲了！也因為如此，水星的軌道就會怪怪的進動！□水星軌道的進動水星在繞行太陽的軌道時，近日點依歲差前進的速度非常地緩慢(每世紀移動9』26」)，1843年，李維利能以牛頓力學解釋此現象的百分之九十，認為其他誤差(10%)應該是水星的內側還有另外一顆行星(X planet)所造成，著名的第十顆行星引起許多天文學家的興趣，並且在還沒有發現之前就先取好名字了，叫火神星Vulcan，但到今天為止，都不能找到應該存在的第十顆行星。之所以如此，是因為先前觀測到天王星的軌道受到擾動，根據擾動的資料預測新行星的位置，並且成功地發現了海王星，提升了牛頓力學的成就，李維利據此預測水星之內應有第十顆行星。但到了1917年愛因斯坦提出廣義相對論，才正確地說明水星軌道運動每世紀四十三弧秒的額外差異，是因為太陽龐大的質量使附近的空間彎曲，水星的軌道才產生進動。(圖一、水星軌道進動示意圖)□1919年的日全食1919年發生的日全食，觀測到太陽後面的背景恆星位置因為太陽的強大重力場而產生位移(也就是光線因為經過太陽附近彎曲的空間造成)，得到了證明。由於愛因斯坦的理論合理地說明了水星的運動，使大家接受這個理論。1917 年，英國天文學界預測出 1919 年 5 月 29 日發生日全食，這一次的日食全食帶從非洲東岸開始，向西經過大西洋，南美洲東岸的巴西北部，一直到達南美洲西岸的智利。劍橋大學天文學家艾丁頓 (Arthur Stanley Eddington,1882-1944) (生於1882年12月28日，死於1944年11月22日)規劃兩個觀測隊伍，分別前往西非海岸Guinea灣的Principe島和巴西北部的Sobral拍攝日全食的照片，愛丁頓自己去西非，巴西的探險隊由格林威治皇家天文台的Andrew Crommelin 率領。觀測的重點是日食的時候，背後恆星的位置是否變化？在隨後沖洗出來的照片中，日食時的星星位置果真偏了，偏離的量與愛因斯坦廣義相對論預測的角度相當接近，驗證了愛因斯坦宣稱的「時空是隨著物質的分佈而彎曲」，而彎曲的空間造成了光線的偏折現象。隨後在1922年的日食，也驗證了這個相對論的結果。□日全食證明空間會因為重力而扭曲他們拍攝驗證的方法，是先前就拍攝金牛座黃道附近的恆星(位於亮星團畢宿五上方5.5度的天空)，日全食的那一天，太陽的位置剛好就在金牛座的亮星畢宿五上方，這些恆星因為太陽的亮度而不可見，但是日全食過程的短時間內(這一次長達6分鐘，一般日全食只有2分多鐘)，這些恆星就會因為陽光的消失而顯現出來，因而在金牛座的同一個位置可以拍攝到這群相同的恆星。兩種照片沖洗出來後相互比對，發現第二張照片的星星已經偏離原來的位置了。為什麼恆星的位置會有偏離的現象呢？為什麼太陽離開之後又恢復了呢？顯然恆星的光線經過太陽附近的時候會有偏折的現象，金牛座恆星發出的光線由於經過太陽附近(與地球兩點間的直線)，受到太陽的重力影響而偏了方向，恆星明顯地位移了 1.98 秒弧的角度，與愛因斯坦廣義相對論預測的 1.74 秒弧的角度相當接近。彎曲的空間造成了光偏折的論點，這是相對論理論的大成就，從此科學家對空間與時間的本質才有更進一步的理解。當然對於很接近太陽的水星，在公轉軌道上有古怪的進動現象的解釋，也同時因為廣義相對論的提出迎刃而解了。五、水星探險家的遭遇假設真的有一位探險家在水星上活動。□太陽很大！探險家在水星表面上看見的太陽大概是地球看見太陽大小的6.67倍，因為同一物體近看會比遠看來的大，水星看見太陽的距離只有地球的0.3871倍，而0.3871平方反比大約是6.67倍。看見這麼大的太陽，背後的天空卻總是黑暗一片，因為水星的表面沒有大氣層可以造成陽光的散射(scattering)，當然也不會有藍天白雲，更不用說天氣變化了。當探險家抬頭仰望夜空時，他可能會看見兩顆又大又亮的星星，一個是金黃色的金星，另一個是藍色和白色的地球，並且不會有陰天影響觀測的困擾。此外，在水星表面觀星象，條件比地球好許多了，應該用不到太空望遠鏡。水星會自轉，被塵埃覆蓋的山丘已經受到隕石經常性的轟炸而侵蝕，斷層峭壁上升好幾公里的高度，並且綿延幾百公里寬，隕石坑的點布滿了水星的表面。如果探險家要踏在水星的表面上，他會發現水星的地面就像月球的表面一般，到處都是大小不一的坑洞。□日夜溫差很大！水星沒有大氣層調節氣溫與氣候，探險家在白天的中午日曬很熱(最高可達攝氏423℃)，到了晚上又是很冷(最低可達-173℃)，如果水星表面可以比照地球天氣條件的話，那麼，水星上的金屬鉛、錫、鋅都有可能是液態的，因為這三種金屬的熔點都低於423℃，假如要在水星上比賽投擲鉛球的話，可能要在晚上比較適合，否則就改為「潑鉛液」比賽了。(但請注意，這是用地球的條件來做比方，方便大家了解罷了，真正的水星表面沒有大氣層，有可能金屬的熔點更低許多？)□水星指北針？早期的科學家不曾懷疑水星擁有磁場，他們認為：因為水星很小，它的核心長久以來都是堅硬的。從行星熔融核心的導電率及其自轉造成的電動機效應產生磁場的理論來看，擁有磁場意味著行星的核心含有鐵，並且至少一部份是熔融的。水手十號證明水星的磁場約為地球磁場強度的1%，此磁場與水星的自轉軸大約傾斜7度，並且形成一個環繞行星的磁氣圈，水星磁場的來源可能是行星內部中部分熔融的鐵核，或是磁鐵礦殘餘的磁性，行星早期具有很強的磁性，冷卻變硬後會在岩石上殘留一些磁性。甚至在水手十號之前，水星已知有很高的密度(5.44g/cm3)，與地球的密度5.52 g/cm3相當，在未被壓縮的狀態下，水星的密度達到5.5 g/cm3，而地球只有4.0 g/cm3，水星如此高的密度意謂著行星之中有60%到70%的重金屬，另外的30%是重的矽酸鹽，如此可以推測得核心的半徑約為行星半徑的75%，那麼核心的體積約佔行星體積的42%。□水星有水嗎？水星不會存在任何形式的水。它有非常稀薄的大氣，整天都非常的熱，但在1991年，加州理工學院(Caltech)的科學家轉播來自水星的無線電波，發現北極有一個不尋常的亮點，這樣的現象可以被解釋為北極有冰存在，或者就在表面之下。但是水星可能有水嗎？因為水星的自轉軸幾乎垂直於它的軌道面(赤道傾角0度)，北極所見到的太陽都恰在地平線之上，隕石坑的裡面永遠不會照到太陽光，科學家猜測它們可能維持在-161℃以下的低溫，這些極冷的溫度可以阻止水從行星表面昇華，或者因為彗星的撞擊所帶來冰，雖然這些沉積的冰可能被一層灰塵蓋住，但仍能傳回明顯的雷達波。表三 水星物理表水星物理表質量(公斤)3.303Χ1023自轉軸傾角(度)0.00質量(地球=1)0.0553軌道傾角 (度)7.004赤道半徑(公里)2,439.7赤道表面重力加速度(公尺/秒2)2.78赤道半徑(地球=1)0.38252赤道脫離速度(公里/秒)4.25平均密度(公克/立方公分)5.42反照率0.12與太陽的平均距離(公里)57,910,000最大星等-2.4與太陽的平均距離(天文單位)0.3871平均表面溫度179°C自轉週期(天)58.6462最高表面溫度427°C公轉週期(天)87.969最低表面溫度-173°C平均軌道速率 (公里/秒)47.88大氣組成成分氦鈉氧其他42%42%15%1%軌道離心率0.2056第二節 水星凌日「凌日」的現象就是從地球觀察太陽時，行星經過太陽與地球之間，看起來會像一個小圓的黑點經過太陽盤面的現象，凌日是非常罕見的天文現象，以水星來講，平均一個世紀會發生13次的水星凌日，金星則更為罕見，1882年發生金星凌日，接著就是2004年6月8日，下一次是2012年的6月6日，隨後就必須等到2117年的十二月了。水星和金星的軌道都在地球軌道之內，我們稱此二行星為內行星，當此二行星的位置與地球的位置處於「下合」(下合指內行星介於太陽與地球之間)時，並且位於昇交點或降交點附近，也就是水星位於黃道面上附近時，便有可能發生「凌日」的現象。目前的水星凌日都發生在五月初或十一月初，因為水星在這兩個月初之時，才有可能與地球同時經過黃道面附近的昇交點或降交點。從1601年到2300年的七百年中，共發生水星凌日94次，其中五月份的水星凌日有31次，十一月的水星凌日有63次。表四：水星凌日的月份統計表水星凌日(1601-2300)水星凌日94次(100%)五月份水星凌日31次(佔33.0%)十一月份水星凌日63次(佔67.0%)水星軌道的離心律e = 0.2056；造成水星離太陽的距離從4600萬公里到7000萬公里的大差距；近日點速率(59.0 km/sec)比遠日點速率(38.9 km/sec)快了將近一半；並且軌道傾角達到7度之鉅。五月份水星凌日時，太陽直徑是1902弧秒，水星的直徑卻只有12弧秒，只有太陽的1/158(水星的實際大小則只有太陽的1/285)；而十一月份水星凌日時，太陽直徑是1937弧秒，水星的直徑卻只有10弧秒，只有太陽的1/194，水星看起來更小了。□水星凌日有五種系列我們可以從表四所列的水星凌日日期來做一次歸納，應該可以發現它的規律性，水星凌日相隔的期間有好幾種：3.5年，7年，9.5年，10年或13年，這是因為水星的長橢圓軌道(e=0.2056)而顯得複雜，較短的週期是好幾個水星與地球之間較長諧波(harmonics)所造成的結果，而13年的週期比較特別，因為他幾乎正好是水星繞太陽公轉週期的54倍，比完美的預測值只差2.01天；較長的33年週期(10+10+13)也是出奇的完美，因為他比水星公轉週期的137倍只少了1.67天，如果把13年和33年的週期加起來一起看，46年的水星凌日週期和水星公轉週期的關係就更為密切了，因為46年的週期只比水星公轉週期的191倍多了0.34天。下表可以引導你了解這些關係，請完成下表。表三：水星凌日週期的學習表(請自行依序填入數據，最終歸納出一些規則)地球年地球天地球天/87.96411365.24224.1512730.48448.3023.57.09.510133346完成了上表之後，雖然小數點的準確度仍然有進步的空間，但也已經能夠看得出來水星凌日的週期性了。水星凌日可以分成幾個系列(附表三的最後一欄)，每一個系列中兩次凌日的間隔是16,802天即46年，46年是13年和33年的和，我們如果用46年來作為一個單位，那麼1957年、2003年和2049年的水星凌日是一個系列；1960年、2006年和2052年的水星凌日則是另一個系列，五月份的水星凌日大約都發生在水星通過遠日點後一個月，所以運行的速度很慢，每一次的凌日的相對位置大約有200弧秒的改變，很快地向後延遲；對照來講，十一月份的水星凌日發生在水星到達近日點之前幾天，運行的速度很快，每一次凌日的相對位置大約只有100弧秒的改變，水星凌日十一月系列的循環週期長度大約是五月系列的兩倍。例如第八系列(十一月位於昇交點)從1776年起到2604年止一個循環計19次水星凌日共花費828年；而第九系列(五月位於降交點)從1957年到2371年一個循環計10次水星凌日花了414年。在任何時間，可能同時有六個凌日系列在進行，但是因為十一月系列持續時間是五月系列的兩倍，所以發生在十一月的凌日次數是五月的兩倍。水星凌日的系列週期儘管不同，在每一個系列所發生的事件也不一樣多，但卻很像日月食的沙羅(saros)週期。表三：1999年到2098年的水星凌日1999年到2098年的水星凌日Transit Contact Times (UT)Transit Date I II Greatest III IV Sep. RA Dec GST Seriesh:m h:m h:m h:m h:m " h ° h1999 Nov 15 21:15 21:30 21:41 21:52 22:07 963.0 15.379 -18.54 3.635 22003 May 07 05:13 05:17 07:52 10:27 10:32 708.3 2.926 16.73 14.983 92006 Nov 08 19:12 19:14 21:41 00:08 00:10 422.9 14.925 -16.73 3.196 82016 May 09 11:12 11:15 14:57 18:39 18:42 318.5 3.130 17.58 15.190 72019 Nov 11 12:35 12:37 15:20 18:02 18:04 75.9 15.098 -17.45 3.366 62032 Nov 13 06:41 06:43 08:54 11:05 11:07 572.1 15.274 -18.14 3.535 42039 Nov 07 07:17 07:21 08:46 10:12 10:15 822.3 14.822 -16.27 3.095 102049 May 07 11:03 11:07 14:24 17:41 17:44 511.8 3.000 17.04 15.058 92052 Nov 09 23:53 23:55 02:29 05:04 05:06 318.7 14.996 -17.02 3.265 82062 May 10 18:16 18:20 21:36 00:53 00:57 520.5 3.206 17.88 15.265 72065 Nov 11 17:24 17:26 20:06 22:46 22:48 180.7 15.170 -17.73 3.435 62078 Nov 14 11:42 11:44 13:41 15:37 15:39 674.3 15.345 -18.41 3.605 42085 Nov 07 11:42 11:45 13:34 15:24 15:26 718.5 14.893 -16.58 3.165 102095 May 08 17:20 17:24 21:05 00:47 00:50 309.8 3.075 17.35 15.133 92098 Nov 10 04:35 04:37 07:16 09:56 09:57 214.7 15.066 -17.31 3.335 8□特殊的水星凌日有時候水星凌日時，水星只是切過太陽盤面的邊緣，這個時候，如果地球的某個區域可以看見全部的水星凌日過程，其他區域就有可能看見水星的「偏凌」(水星只有一部分進入太陽盤面)，是非常特殊的現象，1999年11月15日的水星凌日就是這樣，上一次就發生在西元743年10月28日，下一次將發生在2391年5月11日；還有一種特殊的水星凌日是地球上一部分地區可以看見「水星偏凌」的天象，另一部分地區看不見水星凌日，1937年5月11日的水星凌日就是這樣，更早一次發生在1342年10月21日，下一次將發生在2608年5月13日。以上兩種水星凌日是因為地球大小的關係，南半球如果看見水星切過太陽南邊的邊緣，北半球的人觀察這個現象的角度就太高了，也就是看不見水星凌日了。第三節 2006年11月9日的水星凌日最後來介紹這一次的水星凌日。此次台灣可見「日出帶凌」的水星凌日，也就是太陽出來之前，就已經開始水星凌日了，雖然天還沒有亮就得早起觀測，但非常罕見特別，值得作為觀測的主題。採用天文望遠鏡間接觀測水星凌日的方法，可以看見太陽盤面上有一顆小圓黑點慢慢地由左下方向右上方通過(如圖) ，是因為今年的水星凌日是十一月份發生在升交點附近(從地球望去，水星軌道的右半部向上翹，左半部則向下)。水星凌日的路徑大約在太陽盤面下半圓的中間位置，食甚時離太陽圓盤的中心423弧秒，向右上方傾斜的角度大約就是水星軌道的傾斜角7度。往後同一系列的水星凌日的路徑會逐年向上升高，漸漸接近太陽盤面的中心；當然發生於降交點的五月水星凌日，就會逐漸向下移動路徑，接近太陽中心。這一次水星凌日「食的要素」如下表，表四 2006年11月9日水星凌日凌的要素太陽太陽每小時移動水星水星每小時移動赤經14h55m24s.5510.04s14h55m24s.55-12s.23赤緯-16°43』10」.3-0』43」.2-16°50』57」.31』46」.6視差8」.8813」.02視半徑16』08」.724」.98赤經合：力學時11月8日21h08m29s.48表五 2006年11月9日水星凌日台灣預報時間日心方位角太陽高度角初虧(外切)09d03h12m04s位於地平線下，不可見。食既(內切)09d03h13m57s最近日心09d05h41m04s日出09d06h06m1080生光(內切)09d08h08m16s123.824復圓(外切)09d08h10m08s124.324.5最近日心時水星與日心距離：423」註：上面二表摘錄自2006天文年鑑(台北市立天文科學教育館出版)上面二表的說明如下：一、 赤經：太陽與水星的赤經相同(請注意台北市立天文教育館出版的2006天文年鑑第170頁水星的經度與每小時移動的距離，可能是印刷時印錯了？)，也就是說：太陽、水星、地球三者排成一直線，從地球向太陽望去，才會發現水星的影像就在太陽的臉上。二、 赤緯：水星的赤緯比太陽的中心位置還低，但因為低的角度只有7』47」不大於太陽的半徑(視半徑16』08」.72)，所以還在太陽的盤面上，造成凌日的現象(這是以地心與日心作標準)。然而7』47」相當於467」，為什麼表五說423」呢？由於最近日心的時間是清晨5h41m，使得台灣當時的位置在太空中的位置比地心還要低(黃道南方)，看起來的角度就應該要小一點點。三、 太陽移動的角度：太陽每小時的移動角度可以如此考慮，每年繞全天一周的經度分為24小時(每小時60分，每分60秒)，全部換成秒的話，就有86400秒，除以365.2422天之後，就是太陽每天移動的角度，再除以24小時的話，每小時移動9.86秒，而這些「時」「分」「秒」為了與時間上的時、分、秒有所區別，通常都在前面增加一個「弧」字，成為「弧分」「弧秒」了。又，為什麼太陽的移動角度是10.04弧秒，而不是9.86弧秒呢？那是因為地球公轉的速率有快有慢，太陽相對地球的運動亦然，11月9日地球已經過了「秋分」，比較接近「近日點」，因此會越來越快。四、 水星移動的角度：你會先發現一個負號，代表從地球看去時，水星由東向西移動，而太陽是由西向東每天移動1度(從地球觀察)，使不動的星星感覺每天提早4分鐘東昇。至於為何是-12.23弧秒，有一點複雜，先當作作業吧﹗□水星凌日的觀測水星凌日的觀測方法大致與太陽黑子的觀測方法相似。在此建議學校教師以「間接觀測法」為主，因為間接觀測除了安全性比較高以外，還可以方便做紀錄，讓若干學生同時進行觀測，而直接觀測法(從天文望遠鏡的目鏡直接觀察太陽的影像)通常需要良好的減光，相對的也會造成相當的危險與不便，例如忘了附加減光鏡，或是減光鏡因為過熱而破裂，如此的方式一次只能容許一位同學觀察(不方便教學)，並只能以照相的方式進行紀錄，相較之下採用「間接觀測」的方式應比較適當。因為水星的直徑只有太陽的1/194，因此建議望遠鏡的放大倍率至少要50倍以上。還有，今年的水星凌日在台灣可見「日出帶凌」，也就是日出時已經開始凌日了，因此，觀測地點的選擇最好是在台灣東海岸的海邊，例如花東地區的海邊(例如小野柳、三仙台等)，墾丁地區則以「龍磐公園」為最佳。又因為日出之前就必須完成觀測的準備，離居住處所(飯店)近的考量也是重要的。觀測今年的水星凌日時，望遠鏡應該是水平的，因為太陽就在東方地平線上不遠處，間接觀測時可以在目鏡之前增加一個稜鏡接頭，將太陽的影像投影到鋪在地面上的投影板，甚是方便，否則垂直的投影板應該會有些不方便吧？至於研究的方向，當年的哈雷用它來測量行星到太陽的距離，測量水星與太陽大小的比例，進而推論行星到太陽的距離，紀錄水星凌日的過程也可以知道水星運行的速率。然而這些數據在紀錄的時候，通常會受到「黑滴現象」的影響很大，科學家曾經認為這是因為金星大氣層造成的現象，但是後來又發現：沒有大氣層的水星也有黑滴現象，我的好朋友林明良老師及其公子林省文先生(就讀中央天文研究所)進行研究的結果，認為是基本的光學繞射現象，也為文發表在台北市立天文館出版的天文學刊中。教學的主題除了顯示水星與太陽大小的比例之外，黑滴現象與水星運動速率，都是不錯的教學主題，包含太陽黑子的紀錄過程也都可以一併練習。
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