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這個世紀最後一次的「金星凌日」在標準時間上週二(6月5日)的晚上發生!金星凌日是天文界的大事,用白話一點的方式講,就是金星會掠過太陽表面,在地球上大部分的區域都可以看到一個黑色圓點,從太陽的盤面上通過。當兩個天體在同一條視線上時,若前面的天體看起來比較大,可完全遮蔽後面的天體,就稱作「掩」;反過來前面的天體較小、看起來從後面天體前面通過,則稱作「凌」。由於地球與金星公轉週期與傾斜角度的不同,每次金星凌日之間會有8年-105.5年-8年-121.5年的間隔。上次金星凌日在2004年發生,下次要等到2117年12月,也就是這次沒看到的話,非常可能這一輩子都沒機會看到下一次了!

茂納羅亞太陽天文台(Mauna Loa Solar Observatory)直播的金星凌日

這次金星凌日北美洲大部分地區可看到日落帶凌,亦即金星凌日的過程在日落時尚未結束。波士頓地區金星凌日大約從傍晚六點開始、一直持續到日落;麻省理工也為此舉辦了一系列的活動,首先在金星凌日之前37號樓天文系館二樓,有兩場公開演講,第一場講解金星凌日的發生原因、觀測歷史;第二場則談到天文學家如何利用行星凌日來發現與觀測系外行星。除了太陽之外,一顆恆星若具有正好通過地球與恆星之間的行星,那麼從地球上同樣也看得到行星凌日。不同的是除太陽以外的其他恆星距離地球甚為遙遠,以現今望遠鏡的解析度,無法像金星凌日一樣看到「一顆小黑點通過恆星盤面」,而只能用測量恆星光度變化的方式來偵測。若是大的類木行星,尤其是距離恆星接近的「熱木星」,通過時恆星光度可降低1%以上;相對上類地行星造成的光度降低,大多只有0.1%的程度,也使觀測相對困難。另由於大氣中不同元素會吸收不同波長的光譜,若觀察凌日過程中不同波長光度的變化互相比較,也可間接得知該行星的大氣組成。

我個人算是半個天文迷,所以這種百年一見的盛事當然也要參與一下。早在兩個月前,我就買了電焊用濾鏡(12號與14號各一片),並利用週二早上在實驗室的空檔時間,用黑色西卡紙製作了土製轉接環,可把電焊濾鏡放在我的Sigma 70-300mm鏡頭上。電焊濾鏡原本的用途,就是阻擋電焊時發出的強烈可見光、紅外線與紫外線以防對眼睛造成灼傷,而14號電焊濾鏡,更是可以直接拿來用肉眼觀測太陽。

由於金星凌日時太陽的亮度幾乎與正常無異,用肉眼直視或透過鏡頭、望遠鏡觀測太陽是相當危險,可造成灼傷甚至永久失明。不論是金星凌日、水星凌日、還是日食,都要使用適當的減光設備來觀測(日全食食甚時,即太陽完全被月球遮住的那幾分鐘,是可以用肉眼觀測的。其餘時間皆不可);適宜的濾鏡有:專業太陽濾膜(如Badaar、Thousand Oaks等廠牌所出)、天文單位發放的日食眼鏡14號電焊用濾鏡(11-13號亦可用,但不可久看)、以及完全曝光並沖洗過的黑白負片底片。其他諸如彩色底片、正片、幻燈片、光碟片、磁碟片、用墨汁塗黑的玻璃、酒瓶、汽車隔熱紙、太陽眼鏡等減光器具都是不安全的。還有一點必須特別注意:若要用濾鏡加上望遠鏡或相機鏡頭觀看,一定得將濾鏡放在鏡頭物鏡(也就是對著太陽那一端)前方,而非目鏡前方,否則望遠鏡聚光後的太陽光強度,足以將大部分的濾鏡材質燒破,這時如果正好在對焦狀態的話,你的眼睛就瞎了。最安全的觀測方式,是以間接觀測法,即用針孔、放大鏡或望遠鏡(不加濾鏡)將太陽影像投影在屏幕上。要注意的是,千萬不可用肉眼直視入望遠鏡的目鏡,靠近目鏡處也不可放置易燃物以免著火。

用黑色西卡紙自製電焊濾鏡轉接環

電焊濾鏡自製轉接環

電焊濾鏡和相機鏡頭合體!

金星凌日前幾天,就開始密切注意波士頓的天氣預報,隨著每次預報降雨機率的變化,心情也跟著忐忑不安。隨著日期接近,天氣預報變得不太樂觀:最氣人的是,這幾天恰好是高氣壓在低氣壓正北邊的阻擋形勢,低氣壓走都走不動,波士頓也就連續陰雨綿綿長達五天。因此還一度心生要搭飛機到天氣較好的城市觀測(或甚至直接在飛機上觀測)的打算。但後來想想,金星凌日好幾個小時,就算只看到一秒鐘,還是看到了,於是賭一把,打算留在波士頓看。

週二清早開始,天氣就一直是完全陰天,偶爾還飄點小雨;直到下午也沒有改善的跡象。因為實驗室有些事情要做,第一場演講沒去聽,等到第二場演講開始時才抵達天文系,這時小小的階梯教室已經人滿為患,不僅是學生,扶老攜幼的家庭也不少。演講結束,儘管天空依然被雲完全覆蓋,教授也決定賭上一把,把望遠鏡架上了天文系館頂樓,大家也魚貫上樓期待好天氣。

前裝太陽濾膜的望遠鏡

另一架望遠鏡

隨著金星凌日即將開始,雲層依然沒有消散的跡象,於是教授呼叫大家回到二樓階梯教室,觀看NASA在夏威夷茂納羅亞太陽天文台的金星凌日現場直播。太陽左上角開始缺角(凌始外切)時,現場傳來一陣歡呼。

凌始外切後不久。太陽中間幾個黑點是太陽黑子。

不能親眼拍攝,也要拍攝轉播畫面!

隨著金星緩緩進入太陽表面,教授開始解釋黑滴現象,亦即金星在凌始內切(離開太陽邊緣)時會「牽絲」的現象。大家盯著轉播銀幕,生怕錯過凌始內切。凌始內切發生在凌始外切的十九分鐘後。在轉播畫面上,黑滴現象似乎不怎麼明顯,我不太確定到底真正看到還是腦補/錯覺的結果?

教授解釋黑滴現象

凌始內切

凌始內切過後

凌始內切結束時,現場又傳來一陣歡呼,歡呼後大家開始散場,有些小孩子跑到銀幕前面跟太陽照相。許多人回到頂樓等撥雲見日,這時我碰到Techiya的Jessica以及住在宿舍同一層樓、主修天文物理學的Leslie。我在頂樓待了大概一個小時,不見天氣改善,唯一可看見天空的地方,就是西方接近地平線的晚霞。大家一邊聊天打發時間,從一開始聊金星凌日,後來開始聊如何用人造雨讓雲層提早消散來製造好天氣、如何用數學方法計算出雲層後的天空是什麼樣子,到最後大家開始享受可以「合法」上到大樓屋頂的時光。

天文系館頂樓拍攝的波士頓全景

我跟Jessica討論後,覺得日落前幾分鐘應該有機會看到太陽,但天文系館頂樓的方向,日落剛好會被Central Square的一些大樓擋住,於是決定各自回宿舍可看到夕陽的地方看。我宿舍房間的窗戶,就是觀賞夕陽的最佳場所;於是一回到房間,就把相機、腳架架設好,爬到房間的制高點–靠窗的五斗櫃上等待陽光。這時天空從北方開始,雲層似有慢慢開始散去的跡象,於是又燃起一線希望。

在天文系館頂樓觀測坪聚集的人群(Jessica Noss攝)

北方雲層開始散去

太陽要出來呢?還是不出來?

等到日落前十五分鐘左右,陽光終於從雲洞中透出數秒鐘,我立即把濾鏡套上相機鏡頭對準太陽。可惜的是,雲洞相當細小,從雲洞中看不到完整的太陽,看到的是不含金星的太陽下半部…至於下一個雲洞還來不及移到太陽的方向就已經日落。日落後雲層繼續散去,看來這裡的人都被波士頓的鬼天氣和加州理工的陰謀表了,就差那麼一點點,要是雲層早個半小時移開,就看得到這百年難得的奇景。

既然無法親眼看到、拍到金星凌日,只好安慰自己這天的晚霞滿漂亮的,就隨手拍下幾張。

最後補上今天天氣終於轉晴後用電焊濾鏡加在相機鏡頭前面拍攝的太陽。太陽依舊在,只是金星已去,下次重逢得等105年後;老實講我雖年輕,活得也還算健康,但對105年後是否還活著完全不敢保證,還是請後代子孫燒照片給我看比較實在點。讓人不禁感嘆,地球上的人類在浩瀚宇宙中實在非常渺小,人生是如此短暫與易逝,很多機會如果沒有把握住,就可能再也抓不住了…

隔著14號電焊濾鏡拍攝的太陽(300mm焦距、相機轉換率1.6x,直接縮圖未裁切)