本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽
作者：文/虞子期
毋庸置疑，人類的確是已知世界中最有智慧的生物，不僅可以充分適應地球環境提升生活質量，更能飛入太空探索宇宙天體的奧秘。我們不再偏執的推崇地球是太陽系的中心，認識到行星、恆星、乃至整個銀河系都有其生命演化周期。當站在地球上的人們，觀察到太陽的前方有水星在緩慢穿行，便產生了所謂的過境事件。那麼，為什麼水星過境事件並不常見，它與行星繞太陽運行的軌道存在著怎樣的關聯？
頻率和地點-為什麼水星過境事件並不常見
為什麼科學家們會將水星凌日這樣的過境事件，稱為罕見天體事件？其實，這跟它的出現頻率和觀測地點都有關係。而身處於地球上的我們，只可能觀測到金星和水星的過境，而金星的過境又是成對的發生，且每對的分開時間就超過了一個世紀之久。
雖然，上一次水星過境事件發生在三年之前，而本世紀的第四次水星凌日事件，也即將在11月11日的天空上演。但是，下一次的水星過境卻需要等到2032年才會再次出現，而本世紀一共也只有14次。這也是為什麼科學家們會將這一次的水星過境事件，稱為30年來的罕見天體事件的主要原因之一。
其次，水星過境的整個過程，並不是我們每個人都可以直接看到的，這跟大家當時所在的位置有很大關聯。比如，那些在北美生活的大部分朋友們，基本上都可以看到水星的過境。不同於南美和非洲的全區域可見範圍，亞洲、歐洲和南極洲這幾個區域，都只有部分地區可以觀測到水星凌日的過程。
也就是說，只要是站在紐約土地上的人就能夠看到整個過境點，站在羅馬土地上的人則只能看到該過程中的一部分。而在中亞、東亞、澳大利亞和印度尼西亞生活的人們，則無緣親眼目睹這一場罕見天體事件的全部過程。
事實上，當水星以黑點的形式出現在太陽上的時候，它的直徑僅為太陽自身直徑的1/194左右。所以，觀察該過程的人需要望遠鏡輔助，並且，至少需要具備50倍以上的放大能力。與此同時，你還需要使用特殊的太陽濾光鏡來保護自己，切忌從望遠鏡裡直視天空中的太陽。從視覺要求這個層面來說，水星過境地觀測與日偏食的要求相同。
水星過境的發生-始於行星繞恆星運行軌道的位置變化
正如我們很多人都知道的那樣，地球和水星繞太陽運行的兩個軌道存在7度的傾角。而不在同一平面的基本事實，同時也導致了兩者之間出現了兩個交點，科學家們將它們稱為降交點和深交點。當天空中出現水星凌日現象的時候，其實就是水星此時在軌道上的位置，剛好處於交點附近。
因為水星、地球和太陽排成了一條直線，所以，我們才會在地球上看到有個小黑斑在太陽上移動。如果按照運行周期來計算，水星圍繞太陽運行一周原本只需要88天的時間，也就是說凌日的現象，按道理可以每四個月的時間就發生一次。但是，我們的地球並不是處於靜止不動的狀態，所以，水星實際超越地球需要耗費的時間並不只是88天。
水星的位置無疑是特殊的，低位交匯點是對其和地球、太陽之間位置關係的準確描述，水星和太陽之間的平均距離，只佔據了地球和太陽之間平均距離值的30%左右。水星目前就像是在經歷月球的階段，但是，水星的相位卻比金星更難以檢測。科學家們可以通過望遠鏡的幫助，從而探測到金星的相位，但這一方式卻並不適用於水星相位的探測。
簡單來說，當天空中出現水星凌日現象的時候，其實就是水星位置靠近黃道圈、並處於低位交匯點的時候，科學家們將這個位置稱為穿越軌道節點。水星的過境其實和日食的原理很相似，而我們觀測到的小黑斑，其實就是水星擋住了太陽原本要射向地球的那一部分光而已。
每年的5月8日前後，地球都會經過水星軌道上的降交點，並於11月10日前後，再次從水星軌道上的升交點經過。水星作為地球的內行星，受限於兩者公轉軌道平面存在夾角，才以至地球、水星和太陽這三顆星球難以同時排列在同一條直線上。這也是為什麼水星過境的發生頻率，每個世紀平均下來只有13.4次左右。
水星過境如何揭示天體特徵和系外行星的存在
當然，像水星過境這樣的天體事件，它所帶給我們的自然不只是視覺上的驚豔，更多的是可以為科學家們提供難得的研究機會。或許很多人都不知道，當水星過境的時候，便為研究人員提供了探測星球稀薄大氣層的機會。
這樣的天體事件，不僅改變了水星不能固定在大氣中的錯誤認知，並發現和觀測了位於水星外層的大氣層。當太陽和水星的位置呈現為水星凌日的時候，地球上的科學家們和水星外層大氣之間的距離也變得更近。然後，研究人員就可以通過大氣對太陽光中橙黃色的吸收率測量，從而得出水星大氣中的氣體密度值。
包括大家所熟知的哈勃太空望遠鏡，它對系外行星大氣層的研究也是通過相似的方法，也就是在系外行星通過其母恆星時進行觀測。就本質而言，在我們目前已知的眾多系外行星中，大多數都是通過望遠鏡等儀器的過境技術才得以被發現。
比如，當克卜勒觀察到系外恆星的亮度出現下降的時候，便說明了有系外行星在其身邊飛過，而這樣的原理便與水星讓太陽變暗的道理一樣。簡而言之，正是水星的過境現象，為科學家們在太陽系之外的世界中尋找系外行星提供了基礎。
與此同時，通過我們太陽系中的行星運動，讓人們更清楚了目前望遠鏡技術存在哪些局限性。比如，當2003年和2006年水星過境的時候，當時的望遠鏡便因為光線昏暗而無法看清。而這一次將發生在星期一的水星過境事件，可能會揭示之前不曾涉及的信息，甚至帶給我們一些不同於以往的問題，但這些都不影響我們將其作為尋找系外世界的重要連結之一。