明天，全世界的观星者将抬头仰望，目睹一个在过去五个世纪中只出现过七次的奇特景象。金星凌日是天文界的一次盛大庆典，具有历史意义——我们将看到连历史上最伟大的天文学家们都曾不远万里前来观测的景象，而下一次要等到2117年。
但这一次，金星这个遮蔽了部分太阳的黑点，其意义远超古代天文学家的想象。这个现象在我们的银河系中非常普遍；成千上万，甚至数百万的系外行星凌日现象，正在帮助天文学家寻找其他恒星周围的行星。再次观测金星凌日，将有助于我们更精确地搜寻那些遥远的系外行星。
“金星凌日已经从一个历史兴趣点，转变为21世纪天文学领域的一个重要研究对象，与天文学中最有趣和最重要的课题之一——系外行星研究——紧密相关，”马萨诸塞州威廉姆斯学院的天文学教授杰伊·帕萨乔夫说。“约翰内斯·开普勒在两个时代都扮演了关键角色——他于1631年预测了金星凌日，而在当下，我们能够利用凌日法来研究金星凌日以及系外行星的凌日现象。”
“关心金星，就是关心我们自己。”帕萨乔夫将在毛伊岛的哈雷阿卡拉山顶观测这次凌日，他的同事们则在美国各地通过望远镜进行观测。他们将使用巨大的光谱仪研究金星的大气层，并分析大气层对光的偏振作用，以精确确定其成分。全球各地和太空中的天文台都将聚焦于太阳和穿越其北半球的金星圆盘。即使是哈勃太空望远镜，也将通过观测月球来间接监测，因为它对直视太阳过于敏感。（点击此处了解如何观看。）
究竟什么是金星凌日？一个世纪最多发生两次，这颗第二行星的轨道将其置于太阳和地球之间，使其成为一个遮蔽太阳部分区域的小圆点。这种情况在一个八年的周期内发生两次，之后要再等一百多年才再次出现。在周二之后，要等到2117年才会再次发生。
在大多数情况下，这已经超出了人类的寿命——即使是周期为76年的哈雷彗星，一个人一生中也可能看到两次。但这次罕见的凌日则更加特别。
开普勒在1631年就预测了这一点，而文艺复兴晚期的欧洲天文学家们则在1639年竭尽全力去观测它。接下来的两个世纪里，进行了大胆的国际探险，前往地球上最佳的观测地点，天文学家们试图回答一个关键的宇宙问题：地球到太阳的距离。开普勒也计算出了行星到太阳的距离比例，所以如果有人能够确定其中一个距离，就可以推算出所有行星的距离。更重要的是，这有助于视差测量。通过确定一颗恒星相对于地球位置的变化，或许在两个季节之间，就可以确定它的距离。但这需要以地日距离为变量之一。
最重要的是能够清晰地观测到凌日行星本身。帕萨乔夫解释说，研究金星的天文学家希望能够确定它的大气层为何会变得如此炎热，以至于能够熔化铅。欧洲航天局的探测器“金星快车”正在就这个问题提供一些线索，但它一次只能穿过大气层的一个区域。太阳将照亮整个大气层，这是帕萨乔夫在2004年上次凌日时首次观察到的现象。
当行星位于凌日边缘时，它自身的圆盘部分挡在太阳圆盘前，其大气层中折射的阳光会形成一个完整的圆圈。天文学家可以观察这个折射光的弧线来研究行星的大气层——这个技巧既可以用于金星，也可以用于遥远的系外行星。美国宇航局的“过渡区和日冕探测器”（TRACE）卫星在2004年就观测到了这个现象，现在更新的太空设备将以比上次高出一倍多的分辨率进行观测，帕萨乔夫说。这个现象最早是在1882年的上次凌日时被报道出来的，但他表示，之后并没有引起太大关注。
位于新墨西哥州萨克拉门托峰的国家太阳天文台的太阳天文学家们将通过一台特别购买的光谱仪和成像光谱仪进行观测。二氧化碳光谱仪并不是太阳科学家通常会使用的工具，因此美国天文学会和美国国家地理学会提供了资助，帕萨乔夫说。“然后他们可以把这个滤光片存放起来105年，直到它再次变得有用，”他说。
研究金星的大气层将有助于解答一些关于为何它与地球如此不同，尽管两者有许多相似之处的问题。巴黎天文台行星科学家托马斯·维德曼说，金星的大气层比地球的大气层重近100倍，并且主要由二氧化碳组成。他解释说，没有人知道原因。“我们的模型和工具无法完全解释金星，这意味着我们缺乏理解我们自己星球的工具，”他说。“关心金星，就是关心我们自己。”
大气折射也是过去与现在之间另一个有趣的联系——为了更好地理解我们祖先上次观测金星横穿太阳时的情景，加利福尼亚州威尔逊山等地的天文学家将使用古董望远镜进行观测。
“18世纪观测结果的解释中存在一些严肃的问题，或许可以通过这次观测得到解决，”帕萨乔夫说。“我们将更好地理解当时可能看到了什么。”
这些问题也将影响开普勒太空望远镜及其通过凌日法探测系外行星的能力。就像18世纪的凌日为测量我们太阳系建立了一个基准一样，这次新的凌日也将为测量新的恒星系统建立一个基准。开普勒望远镜通过行星穿过其恒星盘面时的亮度变化来探测系外行星。我们已经对金星有了很多了解，并且在这场凌日之后会对其大气层有更多了解——而且我们对太阳及其当前活跃度增加的周期（这使得我们通常平静的恒星成为其他恒星的更好代表）也有很多了解。因此，天文学家将能够建立一个亮度变化基准，以帮助改进开普勒的测量。
“当我们确切了解金星及其大气层的状况，以及太阳黑子和边缘如何围绕太阳形成弧线时，我们将能够更好地理解系外行星凌日，在这种情况下，我们只能看到模糊的光线，而无法将系外行星与其母星区分开来，”帕萨乔夫解释说。
因此，对于现代天文学家来说，行星凌日现在已经进入了星云的范畴，这是一个以前观测金星凌日的人们从未设想过的概念。帕萨乔夫表示，他自己也无法想象他的后继者会如何研究他的笔记，或者他们将如何利用2117年的凌日。
“我感到有责任尽可能多地为这次凌日观测提供场所。我们现在在21世纪初，并不知道哪些数据可能在长远来看对22世纪的天文学家有用，”他说。“我所能做的就是尽我所能，利用当代的观测能力，获取尽可能完整的一套观测数据。但知道这是我们最后一次机会，确实带来了一些额外的压力。”
