1639年金星凌日

观测1639年金星凌日的杰雷米亚·霍罗克斯（《英国天文学的奠基人》（The Founder of English Astronomy），埃尔·克劳1891年绘制）

英国天文学家杰雷米亚·霍罗克斯及其友人威廉·克拉布特里对于1639年金星凌日的观测是已知的首份金星凌日观测记录。他们在那年的12月4日（按照英格兰当时通行的儒略历是11月24日）各自独立地进行了观察：霍罗克斯是在兰开夏郡的卡尔公寓以及马驰胡尔村观测的，克拉布特里则是在曼彻斯特附近布劳顿的家中观测的。

约翰内斯·开普勒的友人及其创造的新天文学的追随者一直通过观测来修正改进开普勒的魯道夫星曆表。霍罗克斯是唯一一个意识到1639年金星凌日将要到来的天文学家，其他的天文学家是在霍罗克斯的报告广为传播后才意识到的。尽管二人在完成此次观测后五年内双双离世，但他们突破性的工作对于太阳系体积的研究具有深远影响。由于此次观测以及其他的一系列成就，霍罗克斯、克拉布特里以及他们的笔友威廉·加斯科因被尊为英国天文学研究之父。

背景

开普勒在《难再盛年，1631》（De raris mirisque Anni 1631）中提醒天文学家注意即将于1631年到来的水星凌日与金星凌日

到了17世纪，两项重要成就使得行星凌日的观测成为可能：望远镜以及开普勒所创立的新天文学。依照开普勒的理论，行星公转轨道不是圆而是椭圆。

1627年，开普勒发表了他的鲁道夫星表。两年后，开普勒在他的小册子《难再盛年，1631》（De raris mirisque Anni 1631）刊发了星表的摘录。这份小册子中还有“对于天文学者的提醒”（admonitio ad astronomos）。开普勒在其中提到了1631年的水星凌日以及1631年与1761年的金星凌日。因斯布鲁克的约翰·巴普蒂斯特·塞萨特、鲁法克的约翰内斯·雷穆斯·奎埃塔努斯、以及巴黎的皮埃尔·伽桑狄都观测到了开普勒预测的水星凌日。这证明了开普勒方法的正确性。不过，他们的观测与之前的太阳系理论有冲突之处，水星要比原本预测的小许多。

尽管开普勒的计算结果显示1631年金星凌日最佳观测地会是美洲大陆，但他对于自己的预测没有充分的自信，所以他建议欧洲的天文学家应该为观测这一现象做好准备。伽桑狄以及欧洲其他的观察者都为它做了准备，但与预测结果一致，在凌日过程中，太阳在地平线之下。依据现代计算结果，意大利大部以及东地中海的观测者可以看到凌日的最后阶段，但并没有来自这些地区的观测结果。开普勒还预测了1639年的金星凌日将与欧洲擦身而过。由于下一次完整的金星凌日就是121年后的事了，伽桑狄以及其他天文学家只得在其他地方集中精力。

杰雷米亚·霍罗克斯

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杰雷米亚·霍罗克斯（1618年－1641年1月3日）生于托克斯泰斯帕克的下洛奇（现属利物浦）。父亲詹姆斯是制表匠，母亲玛丽（娘家姓阿斯平沃尔）出身当地望族。阿斯平沃尔家族的一些成员也涉足制表业。据说就是同是制表匠的一个叔叔将杰雷米亚引入天文学的大门。1632年5月11日，杰雷米亚进入剑桥大学伊曼纽尔学院学习，并于1632年7月5日作为公费生被剑桥大学录取，也就是说不能自费完成学业的他需要完成给定的任务来获得学费减免。在剑桥期间，他学习了艺术、古典语言、几何学以及传统天文学。他还利用业余时间自学伽利略、第谷·布拉赫以及开普勒等人提出的更需要数学知识的新天文学。霍罗克斯通读了当时的天文学专著，找到了其中的纰漏，并在17岁时提出了一些新的研究成果。1635年，由于拖欠毕业所需费用，他从剑桥肄业。

在离开剑桥后，霍罗克斯回到了他在兰开夏的家，并开始为天文学研究收集书籍以及仪器。1639年的夏天，他离开家，前往18英里外海岸边的马驰胡尔村，担任斯通思家族孩子的家教。斯通思家是富庶的男子服饰经销商，住在布雷瑟顿的卡尔公寓。

霍罗克斯首次提出了月亮公转轨道是椭圆形的。他也写过一部有关开普勒天文学的专著，并且曾经利用数学方法探索过后世所说的引力的比例关系。艾萨克·牛顿曾在《自然哲学的数学原理》中提到过他的月球理论与霍罗克斯的工作的关系。

威廉·克拉布特里

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布劳顿的常青藤农舍（Ivy Cottage），据说威廉·克拉布特里就是在这里观测金星凌日的。

威廉·克拉布特里（1610－1644）是位来自曼彻斯特附近小镇布劳顿（现属索尔福德市）的布商。他的父亲约翰是个兰开夏的富裕的农民。他是在曼彻斯特的一所文法学校（可能是曼彻斯特文法学校的前身，当时位于曼彻斯特座堂，现为切塔姆音乐学校）中接受的教育。他在曼彻斯特城内工作，并入赘一个富裕的家族。在业余时间她回去研究数学和天文学。他仔细地观测过行星的运行，做过精细的计算并提升过鲁道夫星表的精度。他与霍罗克斯、威廉·加斯科因、克里斯托弗·汤内力以及格雷舍姆学院的天文学教授与伊曼纽尔学院校友萨缪尔·福斯特是长期的笔友，不过他们大多数的信笺都已遗失。现在已经无从得知霍罗克斯与克拉布特里见没见过面，但他们自1636年以来就会定期通信。他们都着迷于约翰内斯·开普勒的工作。他们与威廉·加斯科因常自称“我们这些开普勒主义者”（nos Keplari）。

克拉布特斯从自己的观测结果出发认定尽管存在误差，开普勒的鲁道夫星表还是优于当时通用的兰斯贝尔热星表的。他也是开普勒的新天文学的第一批传播者。到了1637年，他已经让霍罗克斯认识到开普勒系统的优越性。他们利用自己的观测结果对开普勒星标做了许多订正。克拉布特里还将其中的数据转化为小数形式。

水星凌日

1638年9月29日，霍罗克斯致信克拉布特里，告诉他金星凌日即将于1638年10月21日（儒略历）到来。这是开普勒没有预测到的。他还说他要将他的望远镜架在一个椭圆面上，在上面放一张纸。他在纸上会绘制一个带数字标记的圆，将太阳投影在上面。这种望远镜现在叫做太阳望远镜。凌日实际上并没有发生，水星在太阳外经过。不过这对于后世金星凌日的观测是次非常重要的历练。

1639年10月，霍罗克斯通过计算得出金星凌日在一个周期内不会单次出现，而是会相隔8年成对出现，并意识到第二次金星凌日会在四周内到来。他预测行星的视直径小于1秒，也就是说它会像是太阳上的小黑点。当它作为启明星出现时的视直径约为1分。他给弟弟以及身处布劳顿的克拉布特里写信，建议他们观测11月24日（格里高利历为12月4日）的现象。霍罗克斯在信中是这样说的：“对于鲁道夫星历的进一步精确的计算证实了我的预测。我非常高兴能够看到金星。”

观测过程

《克拉布特里观测公元1639年的金星凌日》（Crabtree watching the transit of Venus A.D. 1639，福特·马多克斯·布朗绘制的曼彻斯特市政厅壁画之一。）在画中，克拉布特里被描绘成了一名老人。不过他在观测时年仅29岁。

约翰·赫维留在他的报告中基于霍罗克斯的描述添加的一张插图。但这张插图并没有如实展现霍罗克斯所看到的现象。

由于相信这种罕见的天象会导致极端气候，霍罗克斯对于观测的气象条件非常担忧：

（当天）可能是阴天这件事令我非常焦急，因为木星和水星几乎会和金星同时与太阳相合。这一奇绝的星球走位（就像他们想要与我们一起去注视上天的奇迹，并为这一盛事填一份壮丽一样）非常可能是极端天气的预兆。合日时总会带来风暴的水星特别令我害怕。天文学家们都与我有相同的担忧，因为它能够得到经验验证，不过从另外的角度来说，我不禁要去鄙视他们那副端着架子的样子。

——杰雷米亚·霍罗克斯，《太阳中观测到的金星》（Venus in sole Visa）

到了11月23日中午前后，霍罗克斯让他的屋子暗下来，并使透过窗户进来的阳光聚焦到纸上，以观测图像。根据他的计算结果，在他所处的马驰胡尔（他测定的经度为53° 35'），金星凌日大约会在24日下午3时前后开始，但他还是在前一天就开始了观测，以防计算误差导致错过这一天象。他在当天日出时即开始了观测，尽管当天天气多云，但他还是在下午3时15分左右看到金星小小的黑影开始穿过太阳，并观察了30分钟左右，到3时53分日落。

当观测时刻临近时，我回到我的公寓，关上向光的窗户，将之前对好焦的望远镜通过光孔，并让光线直射到纸上……从日出到九点，从刚过到十点到中午，以及下午一点，我都紧紧地盯着24号位。在其中的间歇时间里，我需要去办些更为重要的事情。我不能为了这些不实际的追求而对它们稍作怠慢……在下午3点15分，当我又有时间去继续办我的事情的时候，云，就像由祂的手分开一样，完全消散了……接着，我看到了最为理想的景象，我衷心祈盼的东西，那个大小非比寻常又呈完美圆形的黑点已经从左侧进入日轮……毫无疑问，那确实是行星的影子，我当即尽全力去观察他……尽管金星会在太阳里继续停留几个小时。但对于我来说，考虑到（太阳）下沉得这么快，半个小时后，我也就看不到她了……轨道倾角斜是我唯一一个不能得到较高精度的观测数据；由于太阳的快速运动，即使将它确定至1度也是相当困难的……但其他数据都如同我所希望的那样精确。

——杰雷米亚·霍罗克斯，《太阳中观测到的金星》

克拉布特里使用类似的器械进行了观测，不过由于布劳顿当天阴沉的天气，他没有充足的时间进行观测，只是看到了金星凌日。霍罗克斯是这么说的：“他站在那里全神贯注地思考了一段时间，几乎不相信自己的感官，大喜过望……不久后，云又开始遮挡住太阳的脸，他只能看到金星当时确实在日轮之中。”之后，他在金星经过太阳后对其进行了速写，并估算出其角直径为1' 3"，与实际值的误差在1秒之内。霍罗克斯估计的1' 12"就不那么精确了。