金星の日面通過

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2004年6月8日の金星の日面通過。ドイツイェーナにて。

金星の日面通過(きんせいのにちめんつうか)とは、金星太陽面を黒い円形のシルエットとして通過していくように地球から見える天文現象である。金星が地球と太陽のちょうど間に入ることで起こる。

金星の日面通過は直近では協定世界時2012年6月5日から6日にかけて起こった。次回は2117年12月10日から11日に起こる[1]

日面通過の経過[編集]

日面通過の間、金星は太陽の表面を東から西へ動いていく小さな黒い円盤のように見える。天体が太陽の手前を通過し、それによって太陽の一部が隠されるという点で日食と似ている。しかし、日食において太陽を隠す視直径(地球から見た見かけの直径)が約30とほぼ太陽と等しいのに対し日面通過時の金星の視直径は約1分と太陽のおよそ30分の1しかない。金星は直径がの約4倍もあるにもかかわらず、視直径がこのように小さいのは、日面通過時の金星は地球からの距離が約4,100万キロメートルであり、月(地球から約38万キロメートル)の100倍以上も遠くにあるためである。

日面通過の開始前、金星は太陽の東側から太陽に徐々に接近してくる。しかしこの時には金星は夜側の面を地球に向けているため、見ることはできない。続いて金星が太陽面に接触する。この瞬間を「第1接触」という。さらに金星が太陽面の内側に入り込み、金星が完全に太陽面上にのった瞬間を「第2接触」という。第1接触から第2接触までは約20分かかる。その後金星は太陽面上を西へ移動していく。金星が太陽面の中心に最も近づいたときを「食の最大」という。さらに金星は太陽面上を西に進み、太陽の反対側の縁に到達する。この瞬間を「第3接触」という。第2接触から第3接触までにかかる時間は、金星が太陽面の中心にどれだけ近い部分を通過するかで大きく変わるが、2004年2012年の金星の日面通過では約6時間である。さらに金星が西へ進み、完全に太陽面から離れた瞬間を「第4接触」という。第3接触から第4接触までは約20分である。このように長い時間がかかる現象であるため日の出前にすでに日面通過が始まっていたり、日没時にまだ日面通過の途中である場合があり、全過程を観測できる観測地は限られる。2004年の日面通過においては中央アジアからヨーロッパで全過程の観測が可能であった。2012年の日面通過ではハワイから東アジアで全過程の観測が可能である。

第2接触の直後と第3接触の直前に金星の形が円形からずれて太陽の縁から滴り落ちる水滴のような形となり、しばらく太陽の縁にくっついた状態が数十秒間続く現象が知られている。これはブラック・ドロップ効果と呼ばれる。この現象のため、第2接触と第3接触の正確な時刻を測定するのは困難であると考えられていた。しかし、近年の観測ではブラック・ドロップ効果は観測されず、これは望遠鏡のような光学機器の精度の問題である可能性が最も高い。

観測方法[編集]

日面通過中の金星の影は、肉眼でも確認可能な角度を持っており、金属を蒸着させた太陽観測用フィルターを使用して減光することで、肉眼でも安全に観測可能となる[2][3][4]

太陽の観測に望遠鏡や双眼鏡を用いる場合は、失明を含む視覚傷害のリスクを避けるために十分に減光するか、投影法を用いるように勧告されている[5]

金星の内合と日面通過[編集]

金星の日面通過と、地球と金星の軌道平面の傾きの説明図

金星が内合になっても、通常は地球-金星-太陽は一直線上に並ばない。金星の軌道は地球の軌道に対して3.4°傾いており、天球上では金星は内合時に太陽の北か南を通過していくように見える[6]。日面通過が起こるのは、2つの惑星の軌道平面が交わるところで(または極めて近くで)偶然金星が内合になる場合である。地球がこの軌道平面の交線を通過するのは6月7日頃と12月9日頃であるため、日面通過が起こるのはこの前後数日に限られる[要出典]

3.4°というとそう大きい角度ではないように思うかもしれないが、地球から見ると内合時に金星が9.6°も太陽から離れて見えることもある[7]。これに対して太陽の視直径は約0.5°であるから、金星は日面を通過しない内合の際に太陽の北または南を太陽の直径の18倍以上離れて通過することもある[6]

起こる間隔[編集]

金星の日面通過は非常に稀な現象である。近年では、日面通過が起きる間隔には243年の周期がある。8年をおいて2回対になって起きた後、121.5年と105.5年の長い空白期間がある。2004年以前は、最後に起きた金星の日面通過の対は1874年12月と1882年12月のものであった。21世紀初頭に起きる金星の日面通過では対の1回目は2004年6月8日に起き、2回目は2012年6月6日に起こる。2012年以降は、金星の日面通過の対は2117年12月と2125年12月のものまで無い[8][9]

243年の周期性があるのは、地球の243恒星年(1恒星年は365.25636日で、太陽年とは僅かに違う)が88757.3日、金星の395恒星年(224.701日)が88756.9日でほとんど同じだからである。このため、この時間の後には金星と地球がともにそれぞれの軌道上のほとんど同じ点に戻ってくる。この期間は金星と地球の会合周期(583.92日)の152倍ともほとんど一致する[10]

金星の日面通過は243年周期の中で必ず105.5年、8年、121.5年、8年という間隔をおいて起こるわけではない。546年から1518年までは日面通過は8年、113.5年、121.5年という間隔をおいて起こっており、紀元前539年から546年までは日面通過は常に121.5年おきに起きていた[要出典]。21世紀現在と同じ間隔をおいて起こるのは2846年までであり、それ以降は105.5年、129.5年、そして8年の間隔をおいて起こるようになる[要出典]。すなわち243年という周期は比較的安定だが、その周期の中で起きる日面通過の回数と時期は年代によって様々である。

一方、もう一つの内惑星である水星は金星よりも太陽に近いところをより速く公転している。そのため水星の日面通過はあまり珍しい現象ではなく、20世紀21世紀にはそれぞれ14回ずつ起こる[要出典]

観測の歴史[編集]

太陽との視差を決定するために、金星の日面通過の継続時間が測定された。

金星の日面通過の観測に対して(非常に珍しい現象であることとは別に)科学的な興味が持たれていた元々の理由は、太陽系の大きさを測定することができる可能性があるからであった。

17世紀までには天文学者はそれぞれの惑星間の距離の関係を地球と太陽の間の距離を単位(1天文単位)として計算できていたが、1天文単位の絶対的な距離(マイルキロメートル単位)はあまり正確に分かっていなかった。

日面通過の精密な観測は、この1天文単位の絶対的な距離を測定する方法となる。その方法は、地球の広範囲に離れた観測点で日面通過が始まる時間か終わる時間の僅かな違いを厳密に測定するというものである。すると地球のある2点間の距離が、三角測量の原理で金星と太陽の間の距離を測る物差しのように使える(「視差」も参照)。19世紀まではこれが太陽系の大きさを測定するためのほぼ唯一の手段であり、そのため国際的なプロジェクトとして金星の日面通過の観測が行なわれた[要出典]

17世紀[編集]

ヨハネス・ケプラー1631年の金星の日面通過を初めて予測した。これに基づいてピエール・ガッサンディパリから観測を行おうとした。しかしケプラーの予測は十分に正確ではなかったため、実際に現象が起こったのは予測より数時間遅かった。このためヨーロッパ西部、特にパリでは太陽が既に沈んでいる時間帯の現象となり結局誰も観測できなかった[11][12]

金星の日面通過の最初の観測は、1639年12月4日(当時イギリスで使われていたユリウス暦では11月24日)にエレミア・ホロックスによって彼の居住地であったMuch Hooleというイングランドプレストンの近くにある町で行われた。彼の友人であったウィリアム・クラブトリーも、マンチェスターの近くのサルフォードSalford)から観測を行った。ケプラーは1631年と1761年の日面通過を予測していた。ホロックスは金星の軌道に関するケプラーの計算を修正し金星の日面通過は8年おきに対で起こることに気づき1639年の日面通過を予測したが、はっきりとした時間までは確信が無かった。しかし彼は一日中観測していた結果、幸運にも太陽を覆っていた雲が日没の僅か1時間半前に晴れたため観測に成功した。しかしホロックスの観測結果は、彼が亡くなったずっと後の1661年まで出版されなかった[13]。いずれにしろ、彼が見積もった太陽系の大きさは実際の大きさの半分程度だった。

18世紀[編集]

エドモンド・ハレーの提案により、1761年と1769年の日面通過が視差を使った厳密な1天文単位の値の決定に挑戦するため使われることとなった。多数の探検隊が世界の様々な場所へ日面通過を観測するため派遣された[14]。事実上これが初めての国際的な科学共同研究であった。ある探検隊は最も不運だったギヨーム・ル・ジャンティによって引き受けられていた。彼はこの失敗に終わった旅の帰途で行方不明となり生還の際には既に法的に死んだと宣告されてしまっており、地位と妻を失ってしまった[14]。また他のある探検隊はジェームズ・クック(キャプテン・クック)の最初の航海であり、1769年の日面通過をタヒチから観測した[15]。彼がニュージーランドへ航海する前のことである。1761年の金星の日面通過の際にサンクトペテルブルクで行った観察に基づいて、ミハイル・ロモノーソフは金星に大気があることを予測した[16]

19世紀[編集]

1882年の金星の日面通過
金星太陽面経過観測記念碑
神奈川県横浜市西区紅葉坂脇にある。
1874年の観測から100年を記念して、1974年に建てられた。

1874年の金星の日面通過では、欧米各国が世界70か所以上に観測隊を派遣した。この時は日本も日面通過の全過程が観測可能な地域だったためフランスアメリカメキシコがそれぞれ観測隊を派遣した。当時の日本はまだ明治維新、開国後間もない時期であり、明治新政府も当初は観測隊の目的がよく理解できずに困惑したようであるが目的が純粋に科学的なものだと知ると欧米の進んだ科学技術を吸収できる絶好の機会だと考え[要出典]、観測隊に便宜を図るとともに観測技術を学ぶことを水路寮(現在の海上保安庁海洋情報部の前身)に命じた。フランス隊とアメリカ隊は長崎[17]、メキシコ隊は横浜を拠点に[18]それぞれ観測を行った。フランス隊は長崎の天候に不安を感じたため神戸に別働隊を派遣し、これに日本人留学生の清水誠も同行した[19]。彼は日本人で初めて、金星の日面通過の写真を15枚撮影することに成功した。なお、この時アメリカ隊はウラジオストク隊とも協力しながら長崎とワシントン間、長崎と東京間それぞれの経度差観測も行い、これによって日本の正確な経度が初めて決定された[20]

距離測定の限界[編集]

金星太陽面経過観測地点記念碑。神奈川県横浜市中区山手にある。1874年12月9日の観測から100年を記念して、1974年12月9日に建てられた。

日面通過の開始と終了の正確な時間を測定することは、ブラック・ドロップ効果のために失敗した。ブラック・ドロップ効果は数十秒間続いたため、日面通過の継続時間の精度に大きな悪影響を与えたのである。ブラック・ドロップ効果は長い間金星の濃密な大気に原因があると考えられ、初期には金星が大気を持つという最初の現実的な証拠と考えられた。また、地球の大気の揺らぎによるなどの説も唱えられた。しかし最近の研究では、これは当時の望遠鏡の精度が悪くピントが上手く合っていなかったための光学的な現象だったことが実証されている[21]

いずれにしろ、現代では1天文単位の厳密な値は宇宙船遠隔測定法太陽系内の天体のレーダー観測で分かっている。その結果、18世紀の日面通過時間の実験は今日では重要な天文学的研究というよりも「科学プロジェクト」として繰り返されるようになっている。

現代における興味[編集]

2004年の日面通過の際には、金星が太陽の光の一部を遮る時の光のパターンを測定することで太陽系外惑星の捜索に使う技術を洗練させようという試みに多くの科学者たちが挑戦した[22][23]。他の恒星の周囲を廻っている惑星を探すための現在の方法は、我々が固有運動の変化や視線速度の変化によるドップラー効果を発見できるほどその重力が十分に恒星を揺さぶるほどの非常に大きな惑星(木星サイズであり、地球サイズではない)にのみ有効である。惑星が一部の光を遮ることから、日面通過の進行中に光の強度を測定することで潜在的には遥かに高感度に小さな惑星を探索できる。しかし、極端に厳密な測定が必要である。例えば、金星の日面通過によって太陽の光度は0.001等級だけ暗くなる。小さな太陽系外惑星による減光の度合いは同じぐらい小さなものと考えられている[24]

また、ブラック・ドロップ効果が見られるかどうかも大きな関心の的となった。そのため、第2接触と第3接触の瞬間の見え方には特に注意が払われたが実際にはブラック・ドロップ効果はほとんど観測されず、また意図的に望遠鏡のピントを外すとブラック・ドロップ効果のような見え方をしたという報告などもあり、19世紀以前の望遠鏡の精度が悪かったことがブラック・ドロップ効果が観測された原因であるという見方が有力になった。

過去と未来の日面通過[編集]

日面通過は現在6月か12月にだけ起こる(表を参照)。この日付は年代と共にゆっくりと遅い時期になっていく。1631年以前は、この日付は5月か11月であった[10]。日面通過は普通対で、8年離れたほぼ同じ日に起きる。これは地球の8年の長さが金星の13年の長さとほとんど同じためであり、そのため8年ごとに金星と地球はおおよそ同じ位置関係になる。この近さは普通対で日面通過を起こすには十分であるが、3つ組みの日面通過を起こすには十分でない[10]。例えば、2004年6月8日と2012年6月6日には金星の日面通過が起きた。しかし、そのほぼ8年後の2020年6月3日には18時50分頃(UTC)に金星が太陽の中心まで約0.5度(太陽の視直径とほぼ同じ)まで近づくだけに終わり、日面通過は起こらない。対で起こらなかった直近の日面通過は1153年に起きた。かろうじて2846年と2854年は対で起こるが、3089年は対で起こらない。2854年には金星は地球の中心から見ると僅かに太陽を外れるが、一部だけの日面通過が南半球の一部から見られる[25]

金星の日面通過
日面通過の
中央時間の日付
時間(UTC 備考 日面通過の進路
(HM航海暦局)
開始 中央 終了
1631年12月7日 03:51 05:19 06:47 ヨハネス・ケプラーが予測。 [26]
1639年12月4日 14:57 18:25 21:54 エレミア・ホロックスウィリアム・クラブトリーが観測した最初の日面通過。 [27]
1761年6月6日 02:02 05:19 08:37 ミハイル・ロモノーソフが金星の大気を観測。 [28]
1769年6月3日 19:15 22:25 01:35 ジェームズ・クックがタヒチへ航海。 [29]
1874年12月9日 01:49 04:07 06:26 欧米観測隊が来日。 [30]
1882年12月6日 13:57 17:06 20:15 ジョン・フィリップ・スーザが、行進曲『金星の日面通過』を作曲。 [31]
2004年6月8日 05:13 08:20 11:26 世界中の様々なメディアが全世界に金星の日面通過のライブ映像を放送。 [32]
2012年6月6日 22:09 01:29 04:49 ハワイ、オーストラリア、太平洋、東アジアで全過程が、北アメリカで始まりが見られた。 [33]
2117年12月11日 23:58 02:48 05:38 中国東部、日本、インドネシア、オーストラリアで全過程が、米国西海岸西端、インド、アフリカの大部分、中東で一部が見られる。 [34]
2125年12月8日 13:15 16:01 18:48 南アメリカ、米国東部で全過程が、米国西部、ヨーロッパ、アフリカで一部が見られる。 [35]
2247年6月11日 08:42 11:33 14:25 アフリカ、ヨーロッパ、中東で全過程が、東アジア、インドネシア、南北アメリカで一部が見られる。 [36]
2255年6月9日 01:08 04:38 08:08 ロシア、インド、中国、オーストラリア西部で全過程が、アフリカ、ヨーロッパ、米国西部で一部が見られる。 [37]
2360年12月13日 22:32 01:44 04:56 オーストラリア、インドネシアの大部分で全過程が、アジア、アフリカ、南北アメリカ西半分で一部が見られる。 [38]
2368年12月10日 12:29 14:45 17:01 南アメリカ、アフリカ西部、米国東海岸で全過程が、ヨーロッパ、米国西海岸、中東で一部が見られる。 [39]
2490年6月12日 11:39 14:17 16:55 南北アメリカの大部分、アフリカ西部、ヨーロッパで全過程が、アフリカ東部、中東、アジアで一部が見られる。 [40]
2498年6月10日 03:48 07:25 11:02 ヨーロッパの大部分、アジア、中東、アフリカ東部で全過程が、南北アメリカ東部、インドネシア、オーストラリアで一部が見られる。 [41]

特殊な日面通過[編集]

太陽をかすめる場合[編集]

時々、金星が日面通過で太陽をかすめていくだけの場合がある。この場合、地球上のある地域では完全な日面通過を見ることができる一方、他の地域では部分的な日面通過で終わる(第2接触や第3接触が無い)ことが有り得る。また別の場合、ある地域では部分的な日面通過を見ることができるものの他の地域では日面通過が起こらないことも有り得る。

金星が地球上の一部の地域でだけ部分的に太陽の前を横切るのが観測できた最後の日面通過は1631年12月6日に起こった。世界の一部の地域で部分的な日面通過が見られるだけの日面通過が次に見られるのは2611年12月13日である[10]

同時日面通過[編集]

水星の日面通過と金星の日面通過が同時に起こることも有り得るが、遠い未来のことである。そのような現象が次に起こるのは69163年7月26日と224508年3月27日である[42][43]。21世紀現在は金星の日面通過が起こる時期が6月上旬と12月上旬、水星の日面通過が起こる時期が5月上旬と11月中旬にそれぞれ限られているため、それらが同時に起こることは無い。

日食と金星の日面通過が同時に起こることも一般に有り得るが、非常に稀である。次に日食と金星の日面通過が同時に起こるのは15232年4月5日である[42]

1769年6月4日の日面通過の僅か5時間後に、皆既日食が起きていた[44]。これは北アメリカ、ヨーロッパ、アジア北部の大部分で部分日食として見られた。この金星の日面通過と日食の間隔は有史以来最も短いものであった。

その他[編集]

紀元前90353年2月7日4時34分から始まる金星の日面通過は、前後1週間の間に8回も天体の日面通過がある特殊な1週間である。1日に月と地球で水星の日面通過[45][46]、3日に土星水星の日面通過[47]、7日に地球と月と土星で金星の日面通過[48][49][50]、8日に土星月と地球の同時日面通過が発生している[51][52]

文化的な意味[編集]

金星の日面通過は稀な現象であることから、人間の歴史の大きな転換を表す重要な現象だと世界の様々な文化で考えられてきた[要出典]。これはマヤ文明やその他の古代アメリカ文明について、またインドヴェーダ伝承メソポタミア西洋占星学の起源についての事実である[要出典]

金星の日面通過』(Transit of Venus)はモーリン・ハンター(Maureen Hunter)による演劇の題名でもあり、地球上の様々な場所で金星の日面通過を観察するためのギヨーム・ル・ジャンティの努力を脚色したものである。

脚注[編集]

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  1. ^ 国立天文台. “2012年6月6日 〜21世紀最後の「金星の太陽面通過」〜(国立天文台)”. 2012年6月6日閲覧。
  2. ^ 安全な観測のための三箇条
  3. ^ Transit of Venus - Safety”. University of Central Lancashire. 2006年9月21日閲覧。
  4. ^ Fred Espenak. “Eye Safety During Solar Eclipses(Adapted from NASA RP 1383 Total Solar Eclipse of 1998 February 26, April 1996, p. 17.)”. 2006年9月21日閲覧。
  5. ^ 安全な観測のための三箇条
  6. ^ a b Venus compared to Earth”. European Space Agency (2000年). 2006年9月25日閲覧。
  7. ^ Juergen Giesen (2003年). “Transit Motion Applet”. 2006年9月26日閲覧。
  8. ^ John E. Westfall (2003年11月). “June 8, 2004: The Transit of Venus”. 2007年8月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。2006年9月25日閲覧。
  9. ^ Westfall, John E.. “June 8, 2004: The Transit of Venus”. alpo-astronomy.org. 2009年12月8日閲覧。
  10. ^ a b c d Fred Espenak (2004年2月11日). “Transits of Venus, Six Millennium Catalog: 2000 BCE to 4000 CE”. NASA. 2006年9月21日閲覧。
  11. ^ HM Nautical Almanac Office (2007年11月5日). “1631 TRANSIT of VENUS”. 2010年1月16日閲覧。
  12. ^ Robert H. van Gent. “Transit of Venus Bibliography”. 2009年9月11日閲覧。
  13. ^ Paul Marston (2004). Jeremiah Horrocks - young genius and first Venus transit observer. University of Central Lancashire. pp. 14–37. 
  14. ^ a b Prof. Richard Pogge. “Lecture 26:How far to the sun? The Venus Transits of 1761 & 1769”. 2006年9月25日閲覧。
  15. ^ Ernest Rhys, ed (1999). The Voyages of Captain Cook. Wordsworth Editions Ltd. pp. 29–30. ISBN 1-84022-100-3. 
  16. ^ Mikhail Ya. Marov (2004). “Mikhail Lomonosov and the discovery of the atmosphere of Venus during the 1761 transit”. Proceedings of the International Astronomical Union (Cambridge University Press): 209–219. 
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  18. ^ 1874年金星太陽面経過観測記念碑(横浜)”. 2010年1月16日閲覧。
  19. ^ 明治7年神戸における金星日面通過観測”. 2010年1月16日閲覧。
  20. ^ 金星の日面通過
  21. ^ Explanation of the Black-Drop Effect at Transits of Mercury and the Forthcoming Transit of Venus” (2004年1月4日). 2010年1月16日閲覧。
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  35. ^ 2125 December 8th Transit of Venus
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  37. ^ 2255 June 9th Transit of Venus
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  39. ^ 2368 December 10th Transit of Venus
  40. ^ 2490 June 12th Transit of Venus
  41. ^ 2498 June 10th Transit of Venus
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  46. ^ Transits of Mercury from Earth Fourmilab
  47. ^ Transits of Mercury from Saturn Fourmilab
  48. ^ Transits of Venus from Earth Fourmilab
  49. ^ Transits of Venus from Moon Fourmilab
  50. ^ Transits of Venus from Saturn Fourmilab
  51. ^ Transits of Earth from Saturn Fourmilab
  52. ^ Transits of Moon from Saturn Fourmilab

関連項目[編集]

外部リンク[編集]