本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映的是作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
1639年一个凛冽的冬日，一位名叫耶雷米亚·霍罗克斯的年轻人—— едва 20 岁——在英格兰普雷斯顿附近的住所架起了一架望远镜，并将太阳的间接图像聚焦在一张小卡片上。尽管他很聪明，但由于缺乏资金，他在剑桥短暂的学术生涯戛然而止，但他仍然对星星充满热情，这得益于他对约翰内斯·开普勒和第谷·布拉赫著作的阅读。
开普勒的著作是霍罗克斯进行自制实验的原因。1627年，开普勒是第一位预测金星凌日的科学家——这是一种非常罕见的天文事件，在此期间，金星行星直接从太阳和地球之间穿过，一个黑点遮蔽了太阳盘的一部分。这类似于月球造成的日食——我们上周刚刚目睹了一次环食！——但金星凌日每 243 年发生一次。嗯，情况比这复杂一点，因为它们通常成对出现：模式是八年、105.5 年、八年和 120.5 年。
好消息是，这种罕见的天文事件下个月将再次发生！而且在美国大部分地区都可见！如果天气允许，在 6 月 5 日，我们将能够一睹这一奇观，甚至不需要望远镜，因为金星足够大，可以用肉眼观看。但是，您需要采取适当的预防措施，以避免永久性眼睛损伤或失明，就像您在日食期间所做的那样。理想情况下，您应该前往夏威夷、阿拉斯加或中太平洋岛屿以获得最佳观看效果。或者您可以在线观看，因为美国宇航局电视台将播出直播节目，跟踪这一事件，从美国东部时间下午 5:30 开始。
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总之，回到 17 世纪，开普勒预测 1631 年会发生金星凌日，但在欧洲大部分地区都不可见。
开普勒认为下一次凌日要到 1761 年才会发生，并预测 1639 年会近距离错过。但霍罗克斯在这位伟大天文学家的计算中发现了一个错误，并意识到 1639 年会发生第二次凌日，而不是近距离错过。至少，霍罗克斯已经准备好了他的小型实验装置。
起初，天气似乎不配合：那天多云，遮蔽了阳光。最后，在下午 3:15 左右——日落前 30 分钟左右——云层散开，霍罗克斯得以记录下第一次金星凌日观测，一个小的黑色阴影在太阳表面移动。
他使用这些数据对金星的大小以及地球和太阳之间的距离进行了可靠的估计。后者他估计为 5940 万英里，而实际距离为 9300 万英里（1.496 亿公里），但这无疑比其他人在此之前所做的测量要准确得多。
霍罗克斯在 22 岁时突然去世，这让他的天文学家同伴和导师威廉·克拉布特里惊呼：“多么不可估量的损失啊！”克拉布特里对这位年轻人的能力印象深刻。他的观测结果直到 1661 年才发表。
所以，好吧，这是一次罕见的事件，但为什么如此重要呢？1716 年，埃德蒙·哈雷意识到，人们可以使用金星凌日来确定当时已知的六颗行星之间的距离。（天王星和海王星尚未被发现，冥王星也未被发现，尽管可怜的冥王星的地位仍然是激烈争论的话题）。
哈雷认为，如果能够从地球上相距遥远的地理位置仔细记录金星穿过太阳表面的开始和结束时间，那么就应该有可能使用地球上这两个点之间的距离作为三角测量的基线，来确定金星和太阳的距离。一旦知道了这一点，也就应该有可能计算出整个太阳系的尺度。
哈雷没有活到看到下一次金星凌日，但他的工作确保了每个人都有充足的时间准备。1761 年的金星凌日天气不配合，收集到的数据毫无用处，因此天文学家将希望寄托在 1769 年的下一次凌日上。
人们计划了几次探险，遍及全球，以确保如哈雷所建议的那样，从相距遥远的地理位置进行多次测量。其中最著名的一次是由詹姆斯·库克船长率领的探险。他的船“奋进号”于 1768 年 8 月 12 日起航，船员包括一位名叫约瑟夫·班克斯的年轻博物学家和一位天文学家查尔斯·格林。他们的任务是：及时到达遥远的塔希提岛，建造一个临时天文台，并见证 1769 年 6 月的金星凌日。
这不是一次轻松的旅程，尽管库克在船上准备了富含维生素 C 的麦芽汁和酸菜，至少保护了船员免受坏血病的侵袭。（如果挑剔的船员不吃，就会被鞭打。家长们，我们不建议您对孩子采取这种方法。）这次航行耗时八个月，他在好望角的一次风暴中损失了五名船员，还有一名船员绝望地投海自尽——也许他真的，真的很厌倦酸菜和鞭打——但除此之外，这艘船抵达时，大部分船员都完好无损，身体健康。
经历了如此漫长的旅程，经历了如此多的艰辛，你可能会认为库克和他的船员在凌日当天会专注于手头的任务。但他们身处塔希提岛，班克斯宣称塔希提岛是“阿卡迪亚（田园诗般宁静）最真实的写照”。
这一天以与岛屿国王塔罗阿、他的妹妹和“三位漂亮的女人”共进早餐会议开始。国王和他的随从如约加入了库克和他的船员，观看“太阳上的行星”，但在班克斯 1769 年 6 月 3 日的日记条目中，关于这一壮观事件的描述总共不到 100 个字。
幸运的是，库克当时的心情更健谈
“今天的天气对我们的目标来说非常有利，万里无云……空气非常清新，因此我们在观察金星行星穿过太阳圆盘的整个过程时，拥有了我们渴望的一切优势：我们非常清楚地看到了行星周围的大气层或昏暗的阴影，这严重干扰了接触的时间，特别是两次内接触。”
那种“昏暗的阴影”被认为是阳光穿过金星大气层过滤的结果。实际上，这更多的是一种光学效应，是由金星图像的模糊造成的——通常是由于地球大气层中的湍流，或者仪器的缺陷。
这类似于你将拇指和食指放在一只眼睛前，然后逐渐将指尖合拢时发生的情况。就在指尖即将接触之前，你应该会看到一座阴影桥出现。这足以阻碍库克和他的天文学家查尔斯·格林的测量，因为它使圆盘的边缘变得模糊不清。很难准确地确定凌日何时开始和结束。他们的测量结果偏差了大约 42 秒。
库克的任务并不是唯一遭受这种情况的任务。天文学家从全球 76 个不同的地点跟踪这一事件，但没有一个地点获得足够精确的测量结果来确定太阳系的尺度。这必须等待未来一代的天文学家。
虽然去程的死亡率出奇地低，但库克在返程中失去了最初“奋进号”公司的 38 人，包括船上的天文学家格林。大多数人死于疟疾和在雅加达港口中途停留期间感染的其他疾病。以今天的标准来看，40% 的伤亡率是令人震惊的，但库克预计会有一半的船员丧生；他可能认为他们已经很幸运了。
即使是那些幸存下来的人，如果以不幸的纪尧姆·勒让蒂的故事为鉴，他们的境况也不太好。他是一支前往印度本地治里殖民地的法国探险队的一员，目的是在那里测量金星凌日。不幸的是，在他出发后不久，法国和英国之间爆发了战争，英国人决定占领本地治里。因此，勒让蒂和他的船员被迫尝试从毛里求斯（当时称为法兰西岛）见证 1761 年 6 月的凌日。
但是勒让蒂发现，在船只摇晃的情况下，不可能进行精确的测量。所以他想，“好吧，我已经在这里了，八年后还会有一次凌日。我不如留下来等它！”我相信用性感的法国口音说出来会更令人印象深刻。他在马达加斯加待了一段时间，并决定菲律宾的马尼拉将是见证 1769 年凌日的绝佳地点，但我们不妨说，他到达那里后，发现负责的西班牙当局对这个想法“怀有敌意”。
于是他返回本地治里，现在那里安全地回到法国人手中，他建造了一个小型天文台，并等待着。重要的日子到来了，1769 年 6 月 4 日——天空阴云密布，什么也看不见。经历了这一切之后，勒让蒂未能见证任何一次金星凌日。“Merde！”他无疑对自己嘟囔道，然后收拾东西返回法国。然而，他的霉运还在继续。痢疾的爆发推迟了船只的出发，然后又爆发了一场风暴，所以他最终被困在波旁岛，直到他最终在西班牙船上找到回家的航程，那时距离他最初出发已经过去了十一年。
命运再次唾弃了可怜的纪尧姆。这不是一次吉祥的回家。你看，显然勒让蒂疏忽了将他决定再待八年直到下一次凌日的消息告诉他的妻子或亲戚。她已宣布他合法死亡。
在他热衷于追逐金星凌日的过程中，勒让蒂失去了一切。字面意义上的一切。另一位天文学家取代了他在皇家科学院的位置，所以他失去了工作。他的妻子再婚了，他的亲戚们“热情地掠夺了他的财产”。所以他也一无所有了。
最后，国王出面干预，摆平了一切，这只有 18 世纪的君主才能做到。勒让蒂恢复了工作，拿回了财产，找到了一位新的（希望更有耐心的）妻子，并幸福地生活到 21 年后去世。此后，他因剧作家莫琳·亨特的戏剧《金星凌日》而不朽。
这就是人们过去（和现在！）对科学以及金星凌日等罕见事件的热情。为了测量太阳系，许多生命和财富都丧失了。
到 1874 年 12 月 8 日和 1882 年 12 月 6 日的下两次凌日到来时，摄影术已经被发明出来，天文学家现在可以拍照来记录这一事件以供后人瞻仰。人们进行了更多的探险和更多的测量，通过考虑过去四次凌日的所有测量结果，天文学家们得以将霍罗克斯最初对地球和太阳之间距离的估计值修正为 149.49 公里，非常接近实际距离 1.496 亿公里。
整个 20 世纪都没有发生金星凌日。上一次发生在 2004 年。如今，现代天文学家更感兴趣的是利用凌日来帮助寻找太阳系外行星，尤其是那些使用当前方法难以探测到的小行星。其想法是，通过测量凌日期间的光强度，因为金星会阻挡部分太阳光，天文学家可以确认这种轻微的变暗（仅 0.001 星等）是行星绕轨道运行的迹象。然后他们可以使用类似的方法来搜索其他恒星系统中的行星。
这一次，天文学家正在利用哈勃太空望远镜上的一些仪器，在几种不同的波长（紫外线到近红外线）下观察凌日，从而将阳光分解成其组成颜色，希望能了解金星大气层的成分。反过来，这可能有助于分析太阳系外行星的大气层，以确定是否有任何行星适合生命居住。
但是哈勃望远镜不能像我们一样直接盯着太阳看；它会烧坏它的相机。因此，计划是将望远镜指向月球表面，将其用作镜子来捕捉反射的阳光——这是 21 世纪高科技版的霍罗克斯 17 世纪的简单装置。然后他们可以分离出穿过金星大气层的少量光线，其中应该包含金星大气层的化学“指纹”。
天文学家只有一次机会，所以风险很高。我们将在 2117 年 12 月 11 日之前看不到另一次金星凌日，到那时，嗯，没有一个阅读这篇文章的人会活着。而且从美国大部分地区都看不到。
对于我们其他人来说，下个月的凌日将是我们能够观看、欣赏，然后反思人类存在的短暂性与宇宙令人难以置信的时间尺度相比的事物——霍罗克斯在一首诗中捕捉到了这种情感，他在思考金星凌日之间漫长的时期时写下了这首诗
“……汝之归来后人将见证；岁月流逝
逝去，但最终这壮丽的景象
将再次映入我们遥远后代的眼帘。”
图片：（顶部）耶雷米亚·霍罗克斯 1639 年金星凌日草图。公共领域。（左中）从塔希提岛金星角的景色，威廉·霍奇斯（1744-1797 年），布面油画。澳大利亚国家图书馆。（右中）詹姆斯·库克绘制的 1769 年金星凌日图。公共领域。（底部）纪尧姆·勒让蒂肖像。公共领域。