明天，世界各地的天文愛好者將抬頭仰望，見證過去五個世紀以來僅出現過七次的奇觀。這是金星凌日現象，直到2117年才會再次出現，它不僅是天文愛好者的盛會，更具有重要的歷史意義──我們將見證歷代最偉大的天文學家為之奔赴世界各地的奇觀。
但這一次，金星遮蔽部分太陽的黑點所蘊含的意義遠遠超過古代天文學家的想像。這種現像在我們的銀河系中時有發生；成千上萬，甚至數百萬次的系外行星凌日事件都在幫助天文學家尋找其他恆星周圍的行星。觀測金星的這次凌日將有助於我們更精準地搜尋那些遙遠的系外行星。
「金星凌日如今已從歷史研究轉變為21世紀科學的當代課題，與當前天文學中最有趣、最重要的研究之一——系外行星研究——息息相關，」馬薩諸塞州威廉姆斯學院天文學教授傑伊·帕薩喬夫說道。 “約翰內斯·開普勒在金星凌日研究的兩端都發揮了重要作用——他在1631年預測了金星凌日，如今又使人們能夠利用凌日法研究金星凌日和系外行星凌日。”
「關心金星就是關心我們自己。」帕薩喬夫將在毛伊島哈雷阿卡拉火山頂觀測金星凌日，他的同事們將透過遍布美國各地的望遠鏡進行觀測。他們將使用巨型光譜儀研究金星大氣層，並研究大氣層對光的偏振作用，以確定其成分。全球各地以及太空中的天文台都將聚焦於太陽和金星盤面，觀測金星凌日現象。就連哈伯太空望遠鏡也將透過觀測月球來觀測金星凌日，因為它對太陽太敏感，無法直接觀測。 （點擊此處了解如何觀看。）
究竟什麼是金星凌日？每世紀最多發生兩次，這顆第二大行星的軌道會使其運行到太陽和地球之間，變成一個小點遮擋住部分太陽。這種情況每八年發生兩次，之後一百多年才會再次出現。週二之後，下一次金星凌日要等到2117年才會發生。
大多數情況下，這超出了人類的壽命極限——即使是週期為76年的哈雷彗星，一個人一生中也可能看到兩次。但這次罕見的凌日現象更為特殊。
開普勒在1631年就預言了這一點，而文藝復興晚期的歐洲天文學家在1639年竭盡全力地觀測到了它。接下來的兩個世紀裡，無數大膽的國際探險隊前往地球上最佳觀測地點，天文學家試圖解答一個關鍵的宇宙問題：地球到太陽的距離。開普勒也計算了行星到太陽距離的比率，因此，如果有人能算出其中一個行星到太陽的距離，就可以計算出所有行星到太陽的距離。更重要的是，這也有助於視差測量。透過測量恆星相對於地球位置的變化（例如兩個季節的變化），就可以確定它的距離。但你需要將日地距離作為其中一個變數。
最精彩的莫過於觀測凌日金星本身的壯觀景象。帕薩喬夫解釋說，研究金星的天文學家希望弄清楚金星大氣層是如何變得如此熾熱，以至於能夠熔化鉛的。歐洲太空總署的金星快車號軌道飛行器正在為解答這個問題提供一些線索，但它一次只能穿越金星大氣層的一部分。太陽將照亮整個大氣層，帕薩喬夫在2004年的上一次凌日中首次觀測到了這種現象。
當行星凌日邊緣，其圓盤部分遮擋住太陽圓盤時，大氣層折射的陽光會形成完整的圓弧。天文學家可以透過觀測這道折射光弧來研究行星的大氣層──這種方法也適用於金星以及遙遠的系外行星。帕薩喬夫表示，NASA的過渡區和日冕探測器（TRACE）衛星在2004年觀測到了這一現象，而現在更新的太空設備將以比上次高出兩倍以上的分辨率對其進行觀測。他也提到，這現象最初在1882年的上一次凌日期間被發現，但之後並未引起太多關注。
位於新墨西哥州薩克拉門托峰國家太陽天文台的太陽天文學家將透過一台特購的光譜儀和成像光譜儀進行觀測。帕薩喬夫表示，二氧化碳光譜儀並非太陽科學家常用的工具，因此美國天文學會和國家地理學會提供了資助。 「這樣他們就可以把這個濾光片收起來105年，直到它再次派上用場為止。」他說。
研究金星大氣層將有助於解答一些問題，例如，儘管金星和地球有許多相似之處，但為何它們之間卻存在著如此巨大的差異。巴黎天文台的行星科學家托馬斯維德曼表示，金星大氣層的質量幾乎是地球大氣層的100倍，主要成分是二氧化碳。他在美國宇航局的一篇新聞報導中解釋說，沒有人知道其中的原因。 「我們的模型和工具無法完全解釋金星，這意味著我們缺乏了解我們自身星球的工具，」他說。 “關心金星就是關心我們自己。”
大氣折射也是過去與現在之間另一個有趣的連結——為了更好地了解我們的祖先上次看到金星凌日時的景象，加州威爾遜山等地的天文學家將透過古老的望遠鏡進行觀測。
帕薩喬夫說：“對於18世紀的觀測記錄，有一些重要的解讀問題或許能夠得到解決。我們將更好地了解當時可能觀測到的景象。”
這些問題也將與開普勒太空望遠鏡及其利用凌日法探測系外行星的工作息息相關。正如18世紀的凌日實驗為測量太陽系奠定了基準一樣，這次新的凌日實驗也將為測量新的恆星系統奠定基準。克卜勒望遠鏡透過觀測行星凌日時恆星表面亮度的變化來獲取資訊。我們已經對金星有了很多了解，這次凌日實驗之後，我們將對金星的大氣層有更深入的了解——我們對太陽及其當前的活躍週期（這使得我們這顆通常平靜的恆星更能代表其他恆星）也有著相當的了解。因此，天文學家將能夠建立一個亮度變化基準，從而幫助改進開普勒望遠鏡的測量結果。
帕薩喬夫解釋說：“當我們確切地知道金星及其大氣層是什麼樣子，以及太陽黑子和邊緣在太陽周圍弧形運動時，這將使我們能夠更好地了解系外行星凌日現象，在凌日現像中，我們只能看到模糊的光影，而無法將系外行星及其母恆星區分開來。”
因此，在現代天文學家看來，行星凌日現像如今已歸入星雲的範疇，這是先前所有金星凌日觀測者都無法想像的。帕薩喬夫也表示，他無法想像他的繼任者會在他的筆記中尋找什麼，也無法想像他們會如何利用2117年的凌日現象。
「我感到有責任盡可能提供觀測這次凌日現象的地點。在21世紀初，我們並不知道哪些數據對22世紀的天文學家來說具有長期價值，」他說。 “我所能做的就是盡我所能，利用現有的觀測技術，盡可能獲得最完整的觀測數據。但想到這是我們最後的機會，確實壓力倍增。”
