Predpoveď prechodov Venuše a Merkúra pred Slnkom vyžaduje dostatočne presné dráhy vnútorných planét. Tie bolo možné určiť až začiatkom 17. storočia vďaka prácam Johannesa Keplera (1571-1630) a uverejneniu Rudolfínskych tabuliek v roku 1627, ktoré pomenoval na poctenie si svojho mecenáša, nemeckého cisára Rudolfa II. Habsburského (1552-1612). Kepler predpovedal prechod Merkúra na 7. 11. 1631 a prechod Venuše na 7. 12. 1631. Prechodov sa však nedožil. Taktiež zistil, že prechody Venuše sa opakujú každých 120 rokov. Prechod Merkúra 7. 11. 1631 pozoroval v Paríži astronóm Pierre Gassendi (1592-1655). Tento prechod bol pozorovaný aj ďalšími troma pozorovateľmi: Remus Quietanus v Rouffach (Horné Rýnsko-Alsasko), páter Cysatus v Innsbrucku (Tirolsko) a anonymný jezuita v Ingolstadte (Bavorsko). Prechod Venuše pozorovaný nebol pre nepresnosti Rudolfínskych tabuliek. Prechod nastal 6. - 7. 12., no v čase prechodu bola v Európe noc (výstup mohol byť pozorovaný len zo strednej Európy).
Horrocksov nákres kontaktu Venuše s okrajom slnečného disku (1639)
|
Určenie slnečnej paralaxy
Keplerov tretí zákon umožňuje odhadnúť veľkosť slnečnej sústavy, no neposkytuje žiadnu mierku. Ak sa určí vzdialenosť jednej planéty, všetky ostatné vzdialenosti je možné vypočítať. Slnečná paralaxa je uhol, pod ktorým by sme videli zo Slnka polomer Zeme, čo je ekvivalentné vzdialenosti Slnko – Zem. Merania a výpočty v staroveku tieto hodnoty veľmi podhodnocujú. V tabuľke sú rôzne hodnoty:
| Autori | Odhadovaná vzdialenosť | Odhadovaná paralaxa | Vzdialenosť Slnko-Zem v km |
|---|---|---|---|
| Anaximander | ~ 54 zemských polomerov | ~ 1,06° | ~ 344 000 |
| Eudoxus | 9-násobok vzdialenosti Zem - Mesiac | ~ 3450 000 | |
| Aristarchus zo Samu | 18- až 20-násobok vzdialenosti Zem – Mesiac,
t. j. okolo 360 zemských polomerov |
~ 9,5' | ~ 7 300 000 |
| Hipparchus | 2 490 zemských polomerov | ~ 1,4' | ~ 15 860 000 |
| Posidonius | 13090 zemských polomerov | ~ 15,8" | ~ 83 380 000 |
| Ptolemaios | 1 210 zemských polomerov | ~ 2,8' | ~ 7 708 000 |
| Kopernik | 1 500 zemských polomerov | ~ 2,4' | ~ 9 555 000 |
| Kepler | - | menšia ako 1' | < 21 790 000 |
| J. D. Cassini | - | 9,5" | 137 600 000 |
| Flamsteed | - | 10" | 130 715 000 |
| Picard | - | 20" | 65 357 000 |
Posledné tri hodnoty boli vypočítané z merania paralaxy Marsu pri opozícii v septembri 1672.
Prechody Venuše a Merkúra
V roku 1677 pozoroval Edmund Halley (1656-1742) na ostrove Svätej Heleny prechod Merkúra, ktorý nastal 7. novembra. Prišiel na metódu (rozpracoval ideu Davida Gregoryho, 1659–1708), ako touto metódou určiť slnečnú paralaxu a tým aj vzdialenosť Zeme od Slnka. Pri prechode Merkúra je však paralaxa malá a prechody sú ťažko pozorovateľné. Jeho metóda je založená na porovnávaní časov prechodu Venuše z rôznych miest a rozdielnych zemepisných šírok. Z rozdielov doby prechodu sa dá určiť paralaxa Venuše, a teda aj paralaxa Slnka. Halley metódu rozpracoval do použiteľnej metódy a predpovedal prechody na roku 1761 a 1769. Jeho predpovede a odporúčania boli publikované vo Philosophical Transactions of the Royal Society v rokoch 1691, 1694 a 1716. Halleyova metóda pozostávala z merania času trvania medzi prvým a posledným vnútorným kontaktom Venuše so slnečným diskom najmenej z dvoch miest, ktoré majú čo najväčší možný rozdiel v zemepisnej šírke. Sú nutné teda vzdialené miesta a dobré určenie ich zemepisných súradníc: zo zemepisnej šírky sa určuje paralaxa planéty a dĺžka je pre synchronizáciu pozorovateľov. Halley dúfal, že použitím tejto metódy sa určí slnečná paralaxa s presnosťou 0,002 (1:500), ak sa určia časy s presnosťou 2 sekundy. Francúzsky astronóm Joseph-Nicolas Delisle (1688-1768) navrhol v roku 1772 inú metódu, založenú na pozorovaní jednotlivých fáz prechodu (prvý alebo posledný vnútorný kontakt); táto metóda zvyšuje počet možných pozorovacích miest, z ktorých by bola daná fáza pozorovateľná. Toto si však vyžadovalo veľmi dobré znalosti o zemepisných dĺžkach, čo bolo v polovici 18. storočia problematické.
Prechod Venuše 1761
Na tento prechod sa mobilizovala celá astronomická komunita. Cestovné problémy však spôsobila Sedemročná vojna. Globálny konflikt, ktorý zasiahol nielen Európu, ale aj moria a kolónie. Delisle mobilizoval astronómov na celom svete. Na pozorovanie prechodu poslal mapy viditeľnosti prechodu v roku 1761 viac ako stovke pozorovateľov.
Vo Francúzsku Kráľovská akadémia pre prírodné vedy organizovala tri pozorovacie kampane. Dve z týchto kampaní boli v krajinách spojeneckých k Francúzsku. César-François Cassini de Thury (1714-1784) išiel do Viedne na pozvanie arcivojvodu Jozefa; Jean Chappe d'Auteroche (1728-1769) bol pozvaný cárovnou Alžbetou do Tobolska na Sibíri. Tretia kampaň bola Alexandra Guy Pingré (1711-1796), ktorý išiel na ostrov Rodriguez (severne od Madagaskaru) pomocou Indickej spoločnosti. Štvrtý astronóm, Guillaume Joseph Hyacinthe Jean-Batiste Le Gentil de La Galaisiére (1725-1792), išiel do Pondichery v Indii za účelom pozorovania prechodu; žiaľ, jeho cesta bola prerušená Angličanmi. Jeho loď sa vrátila do Île de France (dnes ostrov Mauritius) kde Le Gentil sa rozhodol počkať na ďalší prechod osem rokov. Nakoniec, astronóm Joseph-Jérôme Lefrançois de Lalande (1732-1807) pozoroval z Luxemburského paláca v Paríži.
Anglickí astronómovia organizovali dve pozorovacie kampane na vzdialených miestach. Nevil Maskelyne (1732-1811) išiel na ostrov Svätej Heleny, kde nemohol prechod pozorovať pre zlé počasie. Druhá skupina, zložená z Charlesa Masona (1728-1786), Jamesa Bradleya (1693-1762) a Jeremiaha Dixona (1733-1779), predpokladala pozorovanie z Bencoolen na Sumatre. V skutočnosti prechod pozorovali pri Kapskom Meste, nakoľko Bencoolen mali vtedy Francúzi! John Winthrop, profesor na Harvarde, išiel na St. John (Newfoundland) kde pozoroval posledný kontakt prechodu.
Ostatné krajiny sa taktiež podieľali na kampani. Maximilián Hell robil pozorovania vo Viedni, Petr Wargentin v Štokholme, Christian Horrebow v Kodani, Eustacio Zanotti v Bologni a De Almeida v Porte. Štyria holandskí astronómovia sa tiež zúčastnili: Johan Lulofs v Leidene, Jan de Munck v Middelburgu, Dirk Klinkenberg v Haagu a Johan Maurits Mohr v Batávii (Jakarta). Celkový počet profesionálnych pozorovateľov pre tento prechod bol 120 na 62 miestach (S. Newcomb, 1890). Je zaujímavé, že niektoré z pozorovacích miest vybral Halley ešte v roku 1716 (Bencoolen, Pondichery, Batávia).
Výsledky priniesli sklamanie, hodnoty slnečnej paralaxy sa menili od 8,5" po 10,5". Veľké chyby boli spôsobené slabými znalosťami dĺžky a známym javom čiernej kvapky, ktorý komplikoval určenie vnútorných kontaktov.
Merkúrova sopka a čierna kvapka
Pri predchádzajúcich pozorovaniach prechodu Merkúra cez Slnko bol pozorovaný svetlý bod v strede čierneho disku planéty. Tento jasný bod bol interpretovaný ako výbuch sopky alebo nejaká optická ilúzia. V súčasnosti je difrakčná teória úplne akceptovaná a úkaz je reprodukovaný aj laboratórne. Efekt je viditeľný pri zmenšenej prístrojovej apertúre a stráca sa, ak sa vyžíva plná apertúra. Jav známy ako čierna kvapka vzniká pri pozorovaní vnútorných kontaktov pri prechode Venuše a bol pozorovaný aj pri prechode Merkúra. Je spôsobený ohybom, reprodukovaný a fotografovaný bol aj v laboratórnych podmienkach. "Keď planéta zasahuje do disku Slnka, ohyb rozmaže dva jasné body, ktoré sa úplne zdeformujú. Keď sa priblížia, Merkúr sa zdá spojený so slnečným okrajom, kvapka sa postupne zužuje až sa úplne oddelí... Pozorovanie tohto javu je pri dostatočne veľkom zväčšení, väčšom ako je optimálne vypočítané pre maximálny priemer objektívu. Napríklad, pre apertúru 10 cm je potrebné zväčšenie najmenej 105 násobné. Merkúrova sopka aj čierna kvapka je ľahko reprodukovateľná v laboratóriu a môže byť fotografovaná." (A. Couderc a A. Danjon, 1969). Tento efekt si môžete vyskúšať, ak podržíte palec alebo ukazovák asi desať centimetrov od očí pred intenzívnym zdrojom svetla (napríklad obloha).
Jav súvisiaci s lomom v atmosfére Venuše
Pozorovanie prechodu v roku 1761 viedlo k predpokladu, že Venuša má atmosféru. Táto bola pozorovaná ako rozptýlené halo okolo planéty medzi vonkajším a vnútorným kontaktom. Halo sa menilo v závislosti na polohe planéty medzi kontaktmi. Efekty sú popisované niekedy až do vzdialenosti 0,5 polomeru Venuše; niekedy má zmeny intenzity smerom k pólom planéty. Môže byť pozorovaná aj malá svetelná pyramída (pozorovanie Rittenhousea v roku 1769). Tieto rozdielne aspekty budú známe až pri najbližšom prechode a budú vysvetlené prítomnosťou atmosféry. Svetlé halo okolo tmavého kotúčika interpretoval ako atmosféru Venuše M. V. Lomonosov (1711 – 1756) pri svojom pozorovaní prechodu v roku 1761 v Petrohrade.
Prechod Venuše 1769
V roku 1769 sa vybralo množstvo expedícií na rôzne miesta na Zemi, objektívne a presné údaje však získali len štyri pozorovacie skupiny. (James Cook na Tahiti, William Wales v Hudson Bay, Chappe d´Auteroche v Baja California). Jednou z nich bola expedícia vedená Maximiliánom Hellom, ktorá úkaz pozorovala za severným polárnym kruhom na ostrove Vardö. Hodnota slnečnej paralaxy určená na základe pozorovaní z roku 1769 sa významne priblížila ku skutočnej hodnote.
Maximilián Hell (1720 - 1792)
Rodák zo Štiavnických Baní vyrastal v rodine banského inžiniera Mateja Kornela Hella. Filozofiu, logiku a prírodné vedy vyštudoval na jezuitskom kolégiu vo Viedni. Vedecko-pedagogickú činnosť rozvíjal na mnohých miestach rakúsko-uhorskej monarchie – v Levoči, Banskej Bystrici, Kluži, Viedni či Jágri. V roku 1755 sa stal cisársko-kráľovským astronómom viedenskej univerzitnej hvezdárne, kde pôsobil až do svojej smrti.
Rekonštrukcia Hellovho pozorovania z roku 1769
|
Maximilián Hell na ostrove Vardö
|
Na pozvanie dánskeho kráľa Kristiána VII. v rokoch 1768-1769 uskutočnil náročnú expedíciu za pozorovaním prechodu Venuše cez slnečný disk na nórsky ostrov Vardö. Táto jeho misia bola veľmi úspešná a 3. júna 1769 odpozoroval úkaz a následne vypočítal paralaxu Slnka na 8,82", čo je hodnota blížiaca sa k súčasnej, ku ktorej sa dospelo neskôr oveľa modernejšími vedeckými metódami. O Hellovom význame nielen pre vedecký život vtedajšej monarchie svedčí, že je po ňom pomenovaný kráter na Mesiaci s priemerom 33,3 km, či asteroid 3727 – Maxhell, a jeho meno nesie aj Krajská hvezdáreň a planetárium v Žiari nad Hronom.
Poľné observatórium v St. Paul (1874)
|
Tento prechod poznamenal technický rozvoj, dosiahnutý v poslednom storočí, zvlášť prispenie fotografického záznamu, zlepšenie časomiery a lepšie určenie súradníc. Prechod v roku 1874 bolo možné sledovať z Číny (Peking), Japonska (Nagasaki), severovýchodnej Ázie a Austrálie. Angličania na pokyn kráľovského astronóma, sira Georgea Airyho, organizujú päť expedícií rozdelených na osem pozorovacích miest: Alexandria v Egypte, na ostrove Rodriguez (teraz Anglicko), Nový Zéland v Christchurch, dve na ostrovoch Kerguelen v Port Christmas na Observatory Bay a v Port Palliser, a tri v Sandwich Islands (teraz súostrovia Havaj) v Honolulu, Owhyhee a Atoui. Tieto expedície boli doplnené súkromnou plavbou lorda Lindsaya na Maurícius. Prechod bol viditeľný aj z Ruska a bol pozorovaný z 24 miest rozmiestnených na veľkom území od Japonského mora až po Čierne more.
Francúzi zorganizovali šesť expedícií: tri na severnej pologuli, včítane jednej v Pekingu v Číne pod vedením Fleuriaisa, pozorovaním v Japonsku boli poverení astronómovia J. Janssen a F. Tisserand, v Saigone v Indočíne pozorovali pod vedením Herauda. Tri expedície boli na južnej pologuli, na Campbell Island bol poverený Bouquet de la Grye, na ostrove St. Paul Mouchez a nakoniec v Novej Kaledónii v Nouméa André. Pre túto príležitosť Janssen vynašiel druh fotografického revolvera, ktorý umožňoval zhotovenie 48 expozícií prechodu na jednu rotujúcu daguerrotypickú platňu. Zaujímavé sú tri cestopisy: dva nemecké, jeden z Maurícia a ďalší z Kerguelenových ostrovov (Betsy Bay), a americká misia tiež na Kerguelenových ostrovoch.
Venuša na slnečnom kotúči, snímaná na sklenenú platňu v U.S. Naval Observatory (1882)
|
Prechod v roku 1882 bol dôvodom pre mnoho ciest. Úkaz bol viditeľný z Južnej Ameriky. Francúzi zorganizovali desať výprav: na ostrove Haiti (Callandreau), v Mexiku (Bouquet of Grye), na Martiniku (Tisserand, Bigourdan, Puiseux), na Floride (ColonelPerrier), v Santa Cruz v Patagónii (Commander Fleuriais), v Čile (Lieutenant of Bernardičres), v Chubut (Hatt), v Rio-Negro (Perrotin, riaditeľ observatória v Nice), v Cape Horn (Lieutenant Courcelle-Seneuil) a v Bragado (Lieutenant Perrin). Naval Observatory z Washingtonu D.C. vyslalo na pozorovanie prechodu osem expedícií po celom svete. Cesty neboli obmedzené len na štúdium prechodu Venuše, Nemci v Royal Bay pracovali v rámci prvého Medzinárodného geofyzikálneho roka. Podobné stanice boli zriadené aj Francúzmi blízko Cape Hornu. V ten istý deň obe stanice zaznamenali nezvyklú prílivovú osciláciu. Neskôr zistili, že sa jednalo o nárazovú vlnu, spôsobenú výbuchom sopky Krakatoa v Indonézii! Redukcia pozorovaní z posledných dvoch prechodov umožnila Newcombovi vypočítať slnečnú paralaxu s presnosťou na stotinu uhlovej sekundy. Iné spôsoby určenia slnečnej paralaxy boli určené z paralaxy Marsu v opozícii a paralaxy asteroidov pri ich priblížení k Zemi. Presná hodnota slnečnej paralaxy bola určená až pomocou rádioteleskopu a potvrdila dobrú zhodu s hodnotou získanou Newcombom z prechodov Venuše.
V nasledujúcej tabuľke sú zhrnuté rôzne určenia slnečnej paralaxy od polovice 18. storočia:
| Metóda, autor | Paralaxa |
|---|---|
| Prechod 1761 a 1769 | 8,43" a 8,8" |
| Prechod 1761 a 1769, Encke (1824) | 8,5776" |
| Prechod 1761 a 1769, (1835) | 8,571 ± 0,037" |
| Paralaxa Marsu, Hall (1862) | 8,841" |
| Paralaxa planétky Flora, Galle (1875) | 8,873" |
| Paralaxa Marsu, Gill (1881) | 8,78" |
| Prechod 1874 a 1882, Newcomb (1890) | 8,79" |
| Paralaxa planétky Eros, Hinks (1900) | 8,80" |
| Paralaxa planétky Eros (1941) | 8,790" |
| Radarové meranie, NASA (1990) | 8,79415" |