Þverganga Venusar

Þverganga Venusar stendur yfir í um 6 klukkustundir frá því að reikistjarnan snertir fyrst skífu sólar og þar til hún er komin út fyrir hana aftur. Á þeim tíma sést Venus sem lítil dökk skífa sem færist löturhægt yfir sólskífuna. Þverganga svipar til sólmyrkva en þar sem Venus er miklu lengra frá jörðinni en tunglið, sýnist hún bæði miklu smærri og ferðast mun hægar yfir. Hliðrunarmælingar á þvergöngu Venusar hjálpuðu vísindamönnum fyrri tíma að reikna út fjarlægðina milli sólar og jarðar.

Hægt er að fylgjast með þvergöngu Venusar með sama hætti og sólmyrkvum. Notast verður við sólarsíur til að koma í veg fyrir varanlegan augnskaða.

Venus gengur fyrir sólu

Þvergöngur Venusar eru sjaldgæfar vegna þess að reikistjarnan verður að vera í beinni línu milli sólar og jarðar. Braut Venusar hallar 3,4 gráður miðað við brautarflöt jarðar svo yfirleitt fer Venus undir eða yfir sólina frá jörðu séð.  Mynd: Stjörnufræðivefurinn/Hermann Hafsteinsson

Frá því að sjónaukinn var fundinn upp hefur Venus aðeins gengið sjö sinnum fyrir sólu: Árin 1631, 1639, 1761, 1769, 1874, 1882 og 2004. Eins og sjá má eru þvergöngurnar reglubundnar. Þær verða annað hvort með 105,5 eða 121,5 ára millibili og þá alltaf tvær saman með átta ára millibili. Hvers vegna?

Þorsteinn Sæmundsson, stjörnufræðingur, fjallar um þetta í grein á vefsíðunni almanak.hi.is/venus.html. Þar kemur fram að jörðin er eitt ár að ganga um sólu en Venus 224 daga. Á nítján mánaða fresti er Venus því nokkurn veginn á milli jarðar og sólar. Braut Venusar hallar 3,4 gráður miðað við jarðbrautina svo Venus fer nánast alltaf undir eða yfir sólskífuna frá jörðu séð. Venus ber aðeins við sól frá jörðu séð ef hún er milli jarðar og sólar (við innri samstöðu) og sker brautarplan jarðar á sama tíma. Það gerist sárasjaldan, annað hvort með 105,5 eða 121,5 ára millibili eins og áður sagði. Allar þvergöngur Venusar verða í byrjun júnímánaðar eða byrjun desember, þá mánaðardaga sem Venus sker sólbauginn.

Einni þvergöngu fylgir önnur átta árum síðar. Ástæðan er sú að Venus fer næstum nákvæmlega þrettán hringferðir um sólina á sama tíma og jörðin fer átta. Það þýðir að Venus er nokkurn veginn á sama stað á himninum um svipað leyti að átta árum liðnum. Ferlið endurtekur sig því á 8 + 105,5 + 8 + 121,5 = 243 ára fresti.

Á áðurnefndri vefsíðu Almanaks Háskóla Íslands útskýrir Þorsteinn Sæmundsson þetta á eftirfarandi hátt:

Eftir 243 ár verður ennþá nákvæmari endurtekning í göngu Venusar. Þvergangan 2004 er því eins konar endurtekning á þvergöngunni sem varð árið 1761, og þvergangan 2012 endurspeglar þvergönguna 1769. Allar voru þær í byrjun júnímánaðar. En hvað má þá segja um þvergöngurnar 1874 og 1882? Þær voru báðar í byrjun desember og samsvöruðu þvergöngunum 1631 og 1639 (243 árum fyrr) sem líka voru í byrjun desember. Skýringin á tímasetningunum er sú, að júníþvergöngur verða þegar Venus gengur gegnum brautarflöt jarðar frá norðri til suðurs, en desemberþvergöngur verða þegar Venus gengur gegnum flötinn frá suðri til norðurs. Þetta gerist á andstæðum stöðum séð frá sól, og munar því hálfu ári á dagsetningunum. Tíminn frá síðustu þvergöngu (1882) til þvergöngunnar nú (2004) er 121,5 ár, en tíminn frá næstu þvergöngu (2012) til þeirrar þarnæstu verður 105,5 ár. Löngu biðtímarnir skiptast reglubundið á, svo að biðin milli þvergangna er fyrst 8 ár, svo 105,5 ár, þarnæst 8 ár, síðan 121,5 ár o.s.frv. Ef þessir fjórir biðtímar eru lagðir saman verður summan 243 ár, þ.e. endurtekningartíminn sem fyrr var nefndur.

Þriðja þvergangan sést ekki að öðrum átta árum liðnum því umferðartímar jarðar og Venusar eru ekki alveg samsvarandi. Við þriðja tímabilið fer Venus nokkrum klukkustundum of snemma fyrir sólina til þess að þvergangan sæist frá jörðinni.

1631 og 1639

Jeremiah Horrocks fylgist með þvergöngu Venusar.

Árið 1627 spáði Jóhannes Kepler, fyrstur manna, að Vensu gengi fyrir sólina árið 1631. Sú þverganga sást mjög illa víðast hvar frá Evrópu og því fáir sem gerðu tilraun til að fylgjast með henni.

Þann 4. desember 1639 gekk Venus aftur fyrir sólina. Þá gerði ungur enskur stærðfræðingur, Jeremiah Horrocks, fyrstu vísindalegu mælingarnar á þvergöngunni frá heimili sínu í smábænum Much Hoole, skammt frá Liverppol, í Englandi og vinur hans, William Crabtree, fylgdist einnig með frá Broughton nærri Manchester. Horrocks var óviss um upphaf þvergöngunnar en reiknaði út að hún hæfist í kringum klukkan 15:00. Með einföldum sjónauka beindi hann mynd af sólinni á spjald og fylgdist þannig með á öruggan hátt. Hálfri klukkustund fyrir sólsetur hurfu ský frá sólinni sem gerði Horrocks og Crabtree kleift að mæla sýndarstærð Venusar, sem reyndist um ein bogamínúta, og áætla fjarlægðina milli jarðar og sólar. Hann taldi sólina í rúmlega 95 milljón km fjarlægð.

Árið 1716 bent enski stjörnufræðingurinn Edmond Halley á að hægt væri að nota þvergöngu Venusar til að reikna út fjarlægðina til sólar. Halley entist ekki aldur til að gera slíkar mælingar sjálfur því hann lést árið 1742 en hvatti aðra til þess að gera ráðstafanir þar að lútandi þegar kæmi að næstu þvergöngu, sem yrði 1761.

Fjölmargir leiðangrar voru gerðir út víða um heim. Enskir stjörnufræðingar ferðuðust til Suður Afríku og komu fyrir mælitækjum á Góðrarvonarhöfða en líka á eynni Sankti Helenu. Franskir stjörnufræðingar lögðu leið sína hins vegar meðal annars suður til Indlands og eyja á Indlandshafi.

1761 og 1769

Með því að mæla nákvæmlega augnablikið þegar Venus snertir rönd sólskífunnar á tveimur mismunandi breiddargráðum, er hægt að reikna út vegalengdina til sólar með einfaldri hornafræði. Mynd: Wikimedia Commons/Stjörnufræðivefurinn

Sennilega er Frakkinn Guillaume Joseph Le Gentil óheppnasti stjörnufræðingur allra tíma. Þann 26. mars árið 1760 hélt hann í langferð suður til frönsku nýlendunnar Pondicherry á Indlandi. Þar ætlaði hann að leggja sitt af mörkum til að svara einni mikilvægustu spurningu síns tíma: Hve langt er sólin frá jörðinni?

Le Gentil hugðist fylgjast með Venusi ganga fyrir sólina og mæla nákvæmlega augnablikið þegar reikistjarnan snerti rönd sólskífunnar. Með samskonar tímamælingu á annarri breiddargráðu væri hægt að reikna út vegalengdina til sólar með einfaldri hornafræði.

Le Gentil kom fyrst á land á Máritíusi en fékk þá þær slæmu fregnir að Bretar sætu um Pondicherry. Eftir að hafa jafnað sig á stuttum veikindum frétti hann af frönsku freigátunni La Sylphide sem gera átti tilraun til að frelsa Pondicherry frá óvininum. Skipið lagði úr höfn 11. mars 1761 en sterkir monsúnvindar blésu því af leið vikum saman og þegar vinda lægði komst skipið vart áfram. Þann 24. maí voru þeir staddir undan ströndum Indlands þegar skipstjórinn frétti að Pondicherry hefði fallið í hendur Breta. Var þá ákveðið að sigla aftur til Máritíusar. 

Le Gentil komst ekki á fastalandið í tæka tíð fyrir þvergönguna og varð að sætta sig við að fylgjast með henni af þilfari skipsins. Hann sá bæði inn- og útgöngu Venusar en vegna veltings og óvissu um lengdargráðu voru mælingarnar ónákvæmar og vísindalega gagnslausar.

Le Gentil varð fyrir sárum vonbrigðum en var staðráðinn í að láta næstu þvergöngu ekki framhjá sér fara. Sú yrði átta árum síðar. Í stað þess að halda aftur til Frakklands settist Le Gentil að við Indlandshaf. Þar nýtti hann tímann í að rannsaka jarðfræði, lífríki og mannfræði Máritíusar og Madagaskar.

Árið 1769 ákvað Le Gentil að fylgjast með þvergöngu Venusar frá Manila á Filippseyjum. Þar mætti hann slæmu viðmóti spænskra landnema og var skipað að snúa aftur til Máritíusar, þótt þar sæist fyrri hluti þvergöngunnar ekki. Le Gentil varð að sætta sig við það og kom sér upp lítilli stjörnustöð og beið þolinmóður eftir þvergöngunni.

Teikningar James Smith og Charles Green af þvergöngu Venusar 1769. Dropaáhrifin sjást vel en þau skekktu tímamælingar.

Og loks rann 4. júní 1769 upp — dagurinn sem Venus gekk fyrir sólina. Útlitið var gott og búnaðurinn til reiðu. Veðrið hafði verið ákjósanlegt vikum saman, heiðskírt og lyngt. En í sömu andrá og Venus var að ganga út fyrir sólskífuna færðust ský skyndilega fyrir! Le Gentil sá ekkert. Hann missti af mikilvægustu mælingu lífs síns, aftur!

Le Gentil missti næstum vitið. Til að bæta gráu ofan á svart frétti hann að himininn hafði verið heiðskír í Manilla, þar sem hann hafði ætlað sér að vera. Bugaður af vonbrigðum ákvað hann þó að snúa aftur til Frakklands. En ævintýringu var fjarri því lokið. Á heimleiðinni lenti hann í ýmsum ógöngum. Skip hans missti mastrið í stormi við Góðrarvonarhöfða og neyddist til að sigla aftur til Máritíusar.

Í lok mars 1771 fór hann um borð í spænskt herskip sem kom að landi í Cadiz þann 1. ágúst sama ár. Eftir mánaðar hvíld í Cadiz fór hann fótgangandi yfir Pýreneafjöll og kom aftur til Parísar í október 1772. Hann hafði þá verið rúmlega 11 ár fjarri heimahögum sínum.

Ekki tók betra við þegar heim var komið. Hann hafði verið lýstur látinn, kona hans hafði gifst öðrum manni og ættingjarnir selt eigur hans. Eftir löng og ströng málaferli og íhlutun konungs náði hann að koma undir sig fótum á ný.

Aðrir stjörnufræðingar náðu góðum gögnum sem nýttist til að reikna út stjarnfræðieininguna. Því miður reyndist ómögulegt að tímasetja nákvæmlega upphaf og endi þvergangnanna því svonefnd „dropaáhrif“ settu strik í reikninginn. Lengi var talið að rekja mætti þau til þykks lofthjúps Venusar en líklegra er að þau séu ljósfræðilegt fyrirbæri sem verður til við ókyrrð í lofthjúpi jarðar og ófullkomnum sjóntækjum.

Árið 1771 notaði landi Le Gentils, Jérome Lalande, gögn frá þvergöngunum til að reikna út að jörðin væri í um 153 milljóna km fjarlægð frá sólinni. Nákvæmnin var minni en hann hafði vonast eftir vegna dropaáhrifanna en umtalsvert meiri en Horrocks.

1874 og 1882

Þverganga Venusar 1882.

Þegar þvergangan 9. desember 1874 nálgaðist var ljósmyndatæknin að ryðja sér til rúms í vísindarannsóknum. Ljósmyndir gerðu mönnum kleift að gera miklu nákvæmari mælingar en áður. Helsti kosturinn var vitaskuld sá að hægt var að vinna úr ljósmyndunum löngu eftir að þvergangan var liðin.

Mikill áhugi var meðal stjarnvísindamanna fyrir þvergönguna 1874. Sex þjóðir, Frakkar, Bretar, Bandaríkjamenn, Ítalir, Þjóðverjar og Hollendingar, gerðu út meira en sextíu leiðangra og voru stjörnufræðingar sendir heimshorna á milli með myndavélar í farteskinu til að mynda og mæla þvergönguna. Áhugamenn létu sitt heldur ekki eftir liggja.

Þrátt fyrir betri mælitæki olli þvergangan mönnum nokkrum vonbrigðum. Dropaáhrifin voru ekki jafn greinileg og áður en tímamælingar voru þrátt fyrir það nokkuð ónákvæmar. Ljósmyndirnar reyndust margar hverjar ekki mikið nothæfari en það sem augað greindi. 

En með gögnunum 1874 og 1882 tókst mönnum að mæla fjarlægðina til sólar með nokkuð góðri nákvæmni. Bandaríski stjörnufræðingurinn Simon Newcomb notaði gögnin og reiknaði út að fjarlægðin til sólar væri 149,59 milljónir km.

2004

Sjá nánar: Þverganga Venusar 2004

Venus fyrir framan sólina kl. 07:45 8. júní 2004 séð frá Garðabæ. Mynd: Ágúst H. Bjarnason

Eins og sjá má af ofangreindum ártölum varð engin þverganga á 20. öld. Því hafði enginn núlifandi maður orðið vitni að þessum atburði fyrr en 8. júní 2004. Í Reykjavík hófst sú þverganga kl. 05:19 og lauk 11:23.

Höfundur þessarar greinar fylgdist náið með þvergöngunni frá upphafi ásamt Snævarri Guðmundssyni, þáverandi formanni Stjörnuskoðunarfélagsins, fyrst við Gunnarsholt milli Hellu og Hvolsvallar en síðan voru götin í skýjunum elt allt austur að Skógum undir Eyjafjöllum. Aðrir félagsmenn Stjörnuskoðunarfélagsins fylgdust líka grannt með víða um land og náðu mörgum fínum myndum af litla dökka deplinum færast löturhægt fyrir sólina. Þvergangan stóð vel undir þeim væntingum sem stjörnuáhugafólk gerði til hennar og ljóst var að fólk hlakkaði til næstu.

2012

Sjá nánar: Þverganga Venusar 5.-6. júní 2012

Venus fyrir sólu 5. júní 2012. Mynd: Óskar Torfi Viggósson

Þriðjudagskvöldið 5. júní og aðfaranótt miðvikudags 6. júní 2012 varð síðari þverganga Venusar á 21. öld. Þvergangan hófst þegar Venus snerti vinstri rönd sólar, ofarlega á skífunni, klukkan 22:04 en þá var sólin lágt á lofti á norðvesturhimni frá Íslandi. Henni lauk kl. 04:54 þegar sólin var lágt í norðaustri.

Þvergangan sást í heild frá vestanverðu Kyrrahafi og austurhluta Asíu og Ástralíu. Íbúar í Norður og mið Ameríku og norðanverðri Suður Ameríku sáu upphaf þvergöngunnar 5. júní en sólin settist áður en henni lauk. Íbúar í Evrópu, vestur og mið Asíu, austur Afríku og vestur Ástralíu sáu lok þvergöngunnar við sólarupprás á þessum svæðum. Íbúar á norðurhveli ofan 67 breiddargráðu sáu þvergönguna óháð lengdargráðu.

Reykjavík var eina borgin í heiminum þar sem sólin settist og kom upp aftur á meðan þvergangan stóð yfir. Svipaða sögu var að segja af svæði suður af Ástralíu en þar reis sólin eftir að þvergangan hófst en settist áður en henni lauk. Þar búa reyndar sárafáir.

Þvergangan sást vel frá vesturhluta Íslands. Í Reykjavík stóð Stjörnuskoðunarfélag Seltjarnarness fyrir sólskoðun við Perluna og fylgdust í heild 1.500 manns með viðburðinum. Um þrjátíu manns komu líka saman á Þingeyri við Dýrafjörð til að berja dýrðina augum (sjá stj1211).

Tafla yfir þvergöngur í fortíð og framtíð

Síðustu aldir hafa þvergöngur Venusar orðið í júní og desember en dagsetningarnar eru smám saman að færast seinna á árið. Fyrir þvergönguna 1631 urðu þvergöngur í maí og nóvember.

Hér undir er tafla sem sýnir þvergöngur Venusar frá árinu 1396 til ársins 2498.

Dagsetning þvergöngu	Hefst*	Lýkur*	Athugasemdir	Sjáanlegur frá Íslandi?	Kort
23. nóvember 1396	15:45	23:09	Sumir telja að stjörnufræðingar Asteka hafi séð þessa þvergöngu.	Við sólsetur syðst á landinu	1
25.-26. maí 1518	22:46	05:07		Við sólsetur og sólarupprás	2
23. maí 1526	16:12	21:48	Seinasta þverganga áður en sjónaukinn var fundinn upp.	Já	3
7. desember 1631	03:51	06:47	Fyrsta þvergangan sem Kepler spáði fyrir um.	Nei	4
4. desember 1639	14:57	21:54	Fyrsta þvergangan sem menn fylgdust með (Horrocks og Crabtree á Englandi).	Við sólsetur á suðvesturhluta landsins	5
6. júní 1761	02:02	08:37	Lomonosov tekur eftir að Venus hefur lofthjúp.	Já	6
3.-4. júní 1769	19:15	01:35	Cook ferðast til Tahítí og fylgidist með þvergöngunni frá Venusarodda.	Já	7
9. desember 1874	01:49	06:26		Nei	8
6. desember 1882	13:57	20:15		Við sólsetur	9
8. júní 2004	05:19**	11:23**	Þverganga í beinni netútsendingu um allan heim.	Já	10
5.-6. júní 2012	22:04**	04:54**	Reykjavík eina borgin í heiminum þar sem sólin sest og kemur upp aftur á meðan þvergangan stendur yfir	Já	11
10.-11. desember 2117	23:58	05:38		Nei	12
8. desember 2125	13:15	18:48		Við sólsetur	13
11. júní 2247	08:42	14:25		Já	14
9. júní 2255	01:08	08:08		Að öllu leyti nyrst á landinu og við sólarupprás sunnar á landinu	15
12.-13. desember 2360	22:32	04:56		Nei	16
10. desember 2368	12:29	17:01		Við sólsetur	17
12. júní 2490	11:39	16:55		Já	18
10. júní 2498	03:48	11:02		Já	19

* Tímasetningarnar miðast við athuganda í miðju jarðar.
** Útreikningar í Almanaki Háskóla Íslands miðað við Reykjavík.

Ítarlegri lista er að finna á þessari vefsíðu NASA.

Þvergöngur Merkúríusar og Venusar samtímis

Merkúríus og Venus geta gengið fyrir sólina samtímis frá jörðu séð en löng bið er milli slíkra atburða. Seinast gerðist það 22. september árið 373.173 f.Kr. og gerist næst 26. júlí árið 69.163 og eftir það 29. mars árið 224.508.

Þann 5. apríl árið 15.232 verður sólmyrkvi samtímis þvergöngu Venusar en seinast gerðist það 1. nóvember árið 15.607 f.Kr. Daginn eftir þvergöngu Venusar 3. júní 1769 varð almyrkvi á sólu sem sást í Norður Ameríku, Evrópu og norðanverðri Asíu.

Hvernig er best að fylgjast með?

Nauðsynlegt er að nota sólarsíur eða sérstök sólskoðunargleraugu ef ætlunin er að fylgjast með þvergöngu Venusar. Mynd: Stjörnufræðivefurinn

Mjög mikilvægt er að fara með gát og tryggja öryggi sitt og annarra ef skoða á sólina. Sólskoðun krefst mikillar árverkni enda getur augnablikskæruleysi valdið óbætanlegum augnskaða.

Einfaldasta og öruggasta leiðin til að fylgjast með þvergöngunni er að notast við viðurkenndar sólarsíur eins og þær sem fást á vefsíðunni Sjónaukar. is. Sólarsíur eru alltaf settar framan á sjónaukana og koma í veg fyrir að skaðleg geislun berist inn í sjónaukann. Þessar síur hleypa aðeins hundrað þúsundasta hluta ljóssins í gegn og tryggja það að sólin sé nægilega dimm til að auðvelt sé að skoða hana. Einnig er hægt að kaupa sérstök sólskoðunargleraugu.

Þverganga Venusar 2012 er líka kjörið tækifæri til að skoða undur sólarinnar sjálfrar. Síðustu ár hefur virkni sólar verið með minnsta móti en er smám saman að aukast. Daginn sem þvergangan verður munu áreiðanlega tignarlegir sólblettir prýða sólina sem gaman er að skoða.

Þvergöngur og leit að reikistjörnum

Sjá nánar: Fjarreikistjörnur

Næmir sjónaukar geta fylgst með örlitlum birtubreytingum sem verða á stjörnu þegar reikistjarna gengur fyrir hana. Hér sést hvernig listamaður sér fyrir sér reikistjörnuna GJ 1214b ganga fyrir sína móðurstjörnu. Þvergangan gerði stjörnufræðingum kleift að mæla efnasamsetningu lofthjúpsins með hjálp Very Large Telescope ESO. Nú vitum við að lofthjúpurinn er að mestu vatnsgufa eða hulinn þykkum skýjum eða mistri. Mynd: ESO/L. Calçada

Þverganga Venusar er gott sýnidæmi um eina af þeim aðferðum sem stjörnufræðingar nota til að leita að lífvænlegum reikistjörnum utan okkar sólkerfis. Keplerssjónauki NASA leitar að reikistjörnum á þennan hátt. Hann starir á um 156.000 stjörnur á himinhvelfingunni milli stjörnumerkjanna Svansins og Hörpunnar. Í sjónaukanum er mjög næmur ljósmælir sem nemur birtuminnkun stjörnu þegar reikistjarna gengur þvert fyrir hana frá jörðu séð. Þvergöngur standa jafnan stutt yfir, oftast í fáeinar klukkustundir en ferlið verður að endurtaka sig, valda alltaf sömu birtuminnkun og standa jafnlengi yfir í hvert sinn til að hægt sé að staðfesta tilvist reikistjörnunnar.

Hægt er að reikna út stærð reikistjörnunnar út frá birtuminnkuninni en umferðartímann og þar af leiðandi fjarlægðina milli stjörnunnar og reikistjörnunnar er hægt að reikna út frá tímanum sem líður milli hverrar þvergöngu. Þessi aðferð hefur nú þegar skilað mjög góðum árangri en búast má við að Keplerssjónaukinn finni mörg hundruð reikistjörnur áður en langt um líður.

Staðfesta þarf allar reikistjörnur sem finnast með þessari þvergönguaðferð með öðrum mælingum, t.d. Doppler litrófsmælingum. Í þeirri aðferð mælir sjónaukinn örlitlar breytingar í litrófi móðurstjörnunnar sem rekja má til þeirra þyngdaráhrifa sem reikistjarnan hefur á stjörnuna. Flestar reikistjörnur utan okkar sólkerfis hafa fundist með þeim hætti.

Tengt efni

• Grein Þorsteins Sæmundssonar um þvergöngu Venusar 2004

• Þverganga Merkúríusar

Heimildir

1. Þorsteinn Sæmundsson. 2004. Venus gengur fyrir sól. Almanak Háskóla Íslands almanak.hi.is/venus.html

2. en.wikipedia.org/wiki/Transit_of_Venus. Sótt 26.01.12