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加桑迪(Gassendi)在1631年11月7日第一次觀測到了水星凌日。可是由於他的工具非常簡陋,觀測結果已毫無科學價值了。較好的觀測是哈雷(Halley)1677年在聖海倫島(St.Helena)上得到的。從此以後,這種凌日的觀測就很有規律地繼續了下來。
1937年5月11日,水星擦過太陽南部邊緣。在歐洲南部可見,但在美洲卻在日出之前。
1940年11月10日,美國西部可見。
1953年11月14日,美國全境可見。
1677年以來,透過水星凌日的觀測,人們發現了一件現在被稱為水星軌道進動的有趣事實。令人不可思議的是,這顆行星的軌道居然是慢慢改變的!其主要原因一度被認為是其他已知行星的影響。但精密的理論計算表明,這並不是主要原因,水星近日點的變動比理論計算值更前進了43角秒之多。這一點誤差是1845年被勒威耶(Leverrier)發現的——他以在海王星發現之前,以數學方法計算其位置而聞名。勒威耶試圖重現輝煌,預測說在太陽與水星之間還有一個行星,並取名為火神星。他計算出火神星會很罕見地越過太陽盤面(只有這時才有希望由它投在日面上的陰影來探測它)。但在1877年,剛巧在他預言的火神星越過日面之前,他去世了,或許這是一種幸運,他沒有得知自己的失敗。那一天所有的望遠鏡都對著太陽,但是火神星固執地拒不出現。另外,大約在1860年,法國一名鄉間醫生勒斯加波(Lescarbault)用一架小望遠鏡觀測了太陽表面,他宣稱觀測到期待中的那顆行星從太陽盤面上經過。而另一位較有經驗的天文學家在同一天卻只看到一顆平常的黑子。大概就是這黑子哄騙了那位醫生天文學家。這風波過後的許多年內,有不少天文學家在好幾個地點天天觀測太陽,為太陽攝影,卻一點也沒有發現這一類東西的存在。
可是,我們仍然可以認為有些小行星在這區域中執行,只是它們太渺小了,因此經過太陽面時竟逃出了我們的視察。如果真是這樣,它們的光亮一定完全被天光遮去,所以平常看不見。可是我們還有機會,就是在日全食的時候,天上一點別的光也沒有,應該能看出來的。於是當日全食時就常有觀測者來尋找它們,並且用上極有力的攝影儀。終結的答案畢竟在1901年日全食時得到了——那時在太陽附近拍攝到約50顆星,其中有的只是8等星,但都是我們所已知的。因此大致可以肯定在水星軌道圈內決沒有比8等星光更亮的行星了。像這樣的小行星非有幾十萬顆是不能造成水星偏離軌道的。這麼多的小行星定會把那一塊天照明得比任何處天空都亮的。這結果可使我們得出結論來反對那種認為水星近日點移動是由於更內行星的見解了。要假定這顆內行星存在,除上述困難外還有一點,如果有這顆行星,它一定要使水星或金星(或兩者兼有)的交點變動的。
水星凌日(2)
這個神秘的迷團,一直困擾著20世紀初的天文學家,直到1916年,愛因斯坦提出了他的廣義相對論。在牛頓的經典力學中,引力是兩個具有質量的物體之間的互相吸引作用。但是愛因斯坦卻憑直覺意識到,引力的作用比我們能想象的更有意思。
在說明水星軌道進動之前,先讓我們先來做一個思想實驗,來看一看愛因斯坦的“等價性原理”。
我們假定我們現在請了一個勇敢無畏的助手,然後,我們把他關到了一個與外界隔絕的小屋子裡——為了消除他的寂寞,我們給了他一個小球。他發現,當他鬆開手讓球自由下落的時候,小球相對地面運動的加速度是9.8米/秒2——根據這一點,他判斷他是在地球上,因為這個加速度是地球的引力所引起的正常加速度。
然後,我們在他熟睡後把他送進了一架飛起來沒有任何震動的飛船,船艙的佈置則和那間小屋子完全一樣。在他醒來之前,將飛船發射出去,並且讓飛船以9.8米/秒2的加速度往外太空飛去。於是我們可以想象一下那個可憐蟲醒來時的情況了——他同樣的拿著小球,然後鬆開,發現小球相對地板還是9.8米/秒2的加速度。這時候,他立刻就得到了一個錯誤的結論,他以為他仍然在地球上待著,而不是在遙遠的外太空。
我們發現,實際上,從某個角度說,引力和加速度是可以互相替代的。如果我們選擇一個合理的參照系,那引力就可以轉化成一種區域性的加速度——這與被吸引的