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1953年11月14日，美国全境可见。
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1677年以来，通过对水星凌日的观测，人们发现了一个现在被称为水星轨道进动的有趣事实。不可思议的是，这颗行星的轨道居然是慢慢改变的！其主要原因一度被认为是其他已知行星的影响。但精密的理论计算表明，这并不是主要原因，水星近日点的变动比理论计算值更前进了43角秒之多。这一点误差是1845年被勒威耶（Leverrier）发现的——他以在海王星发现之前，以数学方法计算其位置而闻名。勒威耶试图重现辉煌，预测说在太阳与水星之间还有一个行星，并取名为火神星。他计算出火神星会很罕见地越过太阳盘面（只有这时才有希望由它投在日面上的阴影来探测它）。但在1877年，刚巧在他预言的火神星越过日面之前，他去世了，或许这是一种幸运，他没有得知自己的失败。那一天所有的望远镜都对着太阳，但是火神星固执地拒不出现。另外，大约在1860年，法国一名乡间医生勒斯加波（Lescarbault）用一架小望远镜观测了太阳表面，他宣称观测到期待中的那颗行星从太阳盘面上经过。而另一位较有经验的天文学家在同一天却只看到一颗平常的黑子。大概就是这黑子哄骗了那位医生天文学家。这风波过后的许多年内，有不少天文学家在好几个地点天天观测太阳，为太阳摄影，却一点也没有发现这一类东西的存在。
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可是，我们仍然可以认为有些小行星在这区域中运行，只是它们太渺小了，因此经过太阳面时竟逃出了我们的视察。如果真是这样，它们的光亮一定完全被天光遮去，所以平常看不见。可是我们还有机会，就是在日全食的时候，天上一点别的光也没有，应该能看出来的。于是当日全食时就常有观测者来寻找它们，并且用上极有力的摄影仪。终结的答案毕竟在1901年日全食时得到了——那时在太阳附近拍摄到约50颗星，其中有的只是8等星，但都是我们所已知的。因此大致可以肯定在水星轨道圈内绝没有比8等星光更亮的行星了。像这样的小行星非有几十万颗是不能造成水星偏离轨道的，这么多的小行星定会把那一块天照明得比任何处天空都亮的。这结果可使我们得出结论来反对那种认为水星近日点移动是由于更内行星的见解了。要假定这颗内行星存在，除上述困难外还有一点，如果有这颗行星，它一定要使水星或金星（或两者兼有）的交点变动的。
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这个谜团，一直困扰着20世纪初的天文学家，直到1916年，爱因斯坦提出了他的广义相对论。在牛顿的经典力学中，引力是两个具有质量的物体之间的互相吸引作用。但是爱因斯坦却凭直觉意识到，引力的作用比我们能想象的更有意思。
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在说明水星轨道进动之前，让我们先来做一个思想实验，来看一看爱因斯坦的“等价性原理”。
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假定我们现在请了一个勇敢无畏的助手，然后，我们把他关到了一个与外界隔绝的小屋子里——为了消除他的寂寞，我们给了他一个小球。他发现，当他松开手让球自由下落的时候，小球相对地面运动的加速度是9.8米/秒2——根据这一点，他判断他是在地球上，因为这个加速度是地球的引力所引起的正常加速度。
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然后，我们在他熟睡后把他送进了一架飞起来没有任何震动的飞船，船舱的布置则和那间小屋子完全一样。在他醒来之前，将飞船发射出去，并且让飞船以9.8米/秒2的加速度往外太空飞去。于是我们可以想象一下那个可怜虫醒来时的情况了——他同样拿着小球，然后松开，发现小球相对地板还是9.8米/秒2的加速度。这时候，他立刻就得到了一个错误的结论，他以为他仍然在地球上待着，而不是在遥远的外太空。
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我们发现，实际上，从某个角度说，引力和加速度是可以互相替代的。如果我们选择一个合理的参照系，那引力就可以转化成一种局部的加速度——这与被吸引的物质是什么无关，而与空间本身有关——空间的不同部分，可能由于一个大质量的物体的存在，而拥有不同的等效加速度——于是，空间不再是牛顿经典体系中那种平坦的样子，而是被弯曲了。
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在太阳附近，空间弯曲的程度比较明显。于是，水星在这个被太阳巨大引力而扭曲的空间中运行，就不再是沿严格的椭圆轨道，从而造成了水星轨道近日点的进动——按照广义相对论提出的公式，精密计算的结果恰好比按牛顿经典力学计算的结果多了43秒，与实际观测到的情形相符合。这也证明了广义相对论的正确性。
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通俗天文学：和大师一起与宇宙对话（全彩四色珍藏版） [:1700937107]
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第三章 金星
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在天上所有的星状物体中，金星是最明亮的。只有太阳和月亮超过了它的光彩。在一个晴朗无月的晚间，它的光辉甚至可以照出影子来。如果观测者知道它的位置，又有一双好眼睛的话，在白昼当它接近子午圈时都能用肉眼看见——只要太阳不在它的附近。当它在太阳东面时，我们可以在西天望见它，日落之前它呈暗淡的光辉，随着日光减弱，它的光就增强起来。它在太阳西面时，就在太阳之前升起，出现在东天。在这两种不同情形下，它被称为昏星和晨星。当它是昏星时古人称它为长庚（Hes penls），晨星时则称为启明（Phos phorus）。据说古人并不知道这两者原是一体。
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即使用低倍率的望远镜观测金星也可以发现，它跟月亮一样有圆缺的位相变化。伽利略第一次将望远镜对准这颗行星时就看出了这一点，这使他更坚信了哥白尼（Copernicus）日心系统的正确性。他按当时的风俗，把这发现发表成为一个谜语：“爱的母亲正与辛西娅（Cynthia）争赛面相呢。”
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我们说过水星的会合运动，金星的会合与其非常类似，因此不必复述。图34表示这颗行星在会合轨道中各部分所现的视在大小。当它由上合到下合时，圆盘逐渐增大，但我们不能见到其全部，它的被照明了的表面也同时逐渐减小，渐成半月形，继成新月形，最后直到新月一般的下合期。在下合时，全黑暗面都对着我们，因此无法观测。金星最亮的时候是在它处于下合与大距的正中时。那时如在太阳之东，则比太阳晚两小时而沉没；若在西，则先于太阳两小时而上升。
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图34 金星在轨道中各点的位相
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金星的自转
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金星自转的问题自伽利略以来，就一直吸引了从天文学家到普通人的兴趣，但得到这问题的确切答案却颇费了一番周折。因为这颗行星具有很强的亮光，在望远镜中看来，也很难看到其表面清晰的痕迹。我们所能看见的，只是表面上略有明暗差异的一团亮光！在望远镜下观测金星，正像我们看一个磨得很光但略有点暗淡的金属球一样。虽然如此，还是有些观测者认为他们分出了明暗的斑点。远在1667年，卡西尼（Ca ssi ni）就根据这些假定的斑点断定，金星约在不到24小时内绕轴自转一周。18世纪中期意大利人布朗基尼（Blanchini）发表一篇很长的论文讨论了这问题，文中还附了许多插图。他的结论是，金星要24日以上才能绕轴自转一周。到了1890年，斯克亚巴列里则得到一个更为不同的结论，说金星绕轴自转周期与绕日公转周期相等。换句话说，金星只以一面对着太阳，正如同月亮只以一面对着地球一样。他每天观测若干小时，结果发现，金星南半球上有一些微小的点一直没有移动，而这一现象就推翻了金星一日左右自转一周的论调。罗尼尔在亚利桑那天文台仔细研究后，也赞同他的意见。
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这些细心的观察者考查金星表面的特征后，所得关于自转周期的结论竟如此不同，这只有一种解释——这些特征实在都太不明显了。幸好现在我们有了威力强大的望远镜，才发现了事实的真相：金星自转比地球慢得多，一个金星日相当于243个地球日，比金星年还要稍长一些。金星两极并不存在像地球那样的扁率，地球的扁率是由于地球高速自转形成的，这也说明金星的自转比地球慢得多。另一个有趣的现象是，与地球相比，金星是倒转的，从金星北极看，它自转的方向为顺时针！此外，金星的自转周期又与它的轨道周期同步，所以当它与地球达到最近点时，总是以固定的一面朝着地球。
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金星的大气
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图35 金星
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现在大家都已承认金星上包围着一层比地球更浓厚的大气。这是当1882年金星经过太阳表面时由本书著者在好望角（Cape of Good Hope）观测到的一种值得注意而又有趣的情形。当这颗行星有一半多一点经过太阳面时，它的外边缘就变得明亮起来。这种变化却不从弧的中心点开始（那样是正常折光所应有的现象），反而始于靠近弧一头的某一点上。这种奇特的现象由普林斯顿（Princeton）的罗素（Russell）解释了，他说那大气中蒸汽成分太多，因此我们不能由其中直接的折光而看到太阳光。我们所见到的只是飘在其大气中的一层照明了的云或蒸汽罢了。情形既然如此，地上的天文学家大概也就绝不能透过这些云去看见金星的固体本身了。因此那些假定的斑点也就只是永在变化的暂时的斑点了。
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要表明那种甚至很敏锐的观测者都会被欺的幻象，我们不妨提出一个事实来。有些观测者认为当金星下合时我们可以见其全面，它那时的状貌正如我们在新月初现时看我们的月亮一样，“新月在旧月的怀中”。月亮的那种情形，我们都知道可以看见的那黑暗半球是借助于地球的反光，但金星上却不会有地球或其他东西能反射充分的光上去的。有时有人解释这种现象，认为也许是金星上覆盖着一层磷光。但这还是归之于视觉的幻象为妙。这种现象是常在白昼看见的，那时天空非常明亮，那时磷火之类的微光是全不可见的。不论我们把这种光的来源归之于什么，它总应该在黄昏以后比在白昼更易看见的。事实上那时看不见，这就根本上取消了它的真实性了。
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