Прохожде́ние Вене́ры по ди́ску Со́лнца — астрономическое явление, разновидность астрономического прохождения (транзита). Имеет место тогда, когда планета Венера находится точно между Солнцем и Землёй, закрывая собой крошечную часть солнечного диска. При этом планета выглядит с Земли как маленькое чёрное пятнышко, перемещающееся по Солнцу. Прохождения схожи с солнечными затмениями, когда Солнце закрывается Луной; и хотя диаметр Венеры почти в 4 раза больше, чем у Луны, во время прохождения она выглядит примерно в 30 раз меньше Солнца, так как находится значительно дальше от Земли, чем Луна. Такой видимый размер Венеры делает её доступной для наблюдений даже невооружённым глазом (только с фильтрами от яркого солнечного света) в виде точки на пределе разрешающей способности глаза. До наступления эпохи покорения космоса наблюдения этого явления позволили астрономам вычислить расстояние от Земли до Солнца методом параллакса, кроме того, при наблюдении прохождения 1761 года М. В. Ломоносов открыл атмосферу Венеры.

Продолжительность прохождения обычно составляет несколько часов (в 2004 году оно длилось 6 часов). В то же время, это одно из самых редких предсказуемых астрономических явлений. Каждые 243 года повторяются 4 прохождения: два в декабре (с разницей в 8 лет), затем промежуток в 121,5 года, ещё два в июне (опять с разницей 8 лет) и промежуток в 105,5 года. Последние декабрьские прохождения произошли 9 декабря 1874 года и 6 декабря 1882 года, а июньские — 8 июня 2004 года и 6 июня 2012 года. Последующие прохождения произойдут в 2117 и 2125 годах опять в декабре. Во время прохождения наблюдается «явление Ломоносова», а также «эффект чёрной капли».

Наблюдение яркого солнечного диска без защиты глаз даже в течение нескольких секунд может серьёзно повредить сетчатку глаза. Вызываемое при этом заболевание известно в офтальмологии под названием «солнечной ретинопатии», и быстрота его возникновения сильно зависит от диаметра зрачка при наблюдении Солнца невооружённым глазом: при суженном зрачке (диаметр 3 мм) — через полторы минуты непрерывного наблюдения, при расширенном зрачке (диаметр 7 мм) порог температурного повреждения сетчатки превышается сразу. Если же попытаться посмотреть на Солнце в телескоп без специального фильтра, то можно мгновенно лишиться зрения. Поэтому для наблюдения прохождения Венеры по диску Солнца нужно защищать глаза, принимая меры предосторожности, подобные используемым при солнечном затмении.

Условия, ход и последовательность явлений

Условия явления

В большинстве случаев, когда Венера находится в нижнем соединении с Солнцем, они не располагаются на одной линии с Землёй. Плоскость орбиты Венеры наклонена под углом в 3,4° к плоскости орбиты Земли, так что обычно она проходит чуть выше или чуть ниже Солнца. Хотя наклон плоскости орбиты Венеры только 3,4°, в нижнем соединении планета может быть видимой с Земли на расстоянии в 9,6° от Солнца. Так как угловой диаметр Солнца около 0,5°, получается, что Венера может появляться выше или ниже него на расстоянии 18 солнечных диаметров. Однако когда нижнее соединение Венеры с Солнцем происходит вблизи линии, по которой пересекаются плоскости орбит Земли и Венеры, то есть вблизи либо восходящего, либо нисходящего узлов орбиты Венеры, тогда и наблюдается прохождение Венеры по диску Солнца.

Последовательность явлений Последовательность прохождений повторяется каждые по два (через 8 лет) с промежутками 121,5 и . Это объясняется тем, что 243 сидерических орбитальных периода Земли (каждый — по , что чуть больше тропического года) составляют , и 395 сидерических орбитальных периодов Венеры (224,701 дня) составляют . Таким образом, через этот промежуток времени и Венера, и Земля возвращаются почти на ту же точку в своих орбитах. Этот период соответствует 152 синодическим периодам Венеры.

Последовательность промежутков «105,5 — 8 — 121,5 — 8» — не единственная возможная в 243-летнем цикле вследствие небольших несоответствий в периодах возвращения планет к точкам соединения. До 1518 года эта последовательность выглядела как «8 — 113,5 — 121,5», а до 546 года произошло 8 прохождений, промежутки между которыми равнялись 121,5 году. Существующая сейчас последовательность сохранится до 2846 года (если не считать «касательное» прохождение 2854 года, когда Венера лишь коснётся диска Солнца с внешней стороны), после чего её сменит другая: «105,5 — 129,5 — 8». Получается, что период в 243 года относительно стабилен, но число прохождений внутри него и длительность промежутков могут меняться с течением времени.

Ход явления Если воображаемый наблюдатель находится в Северном полушарии Земли, например, в САО, то во время прохождения Венера будет двигаться по диску Солнца слева направо (поскольку в нижнем соединении она движется попятно) и сверху вниз в случае нисходящего узла её орбиты (июньские прохождения, например, в 2004 и 2012 годы), либо слева направо и снизу вверх в случае восходящего узла (декабрьские прохождения, например, в 1874 и 1882 годы)См. картинку внизу статьи в источнике: . В Южном полушарии направление движения Венеры при её прохождении по диску Солнца отличается, в частности, происходит справа налево.

В паре прохождений, отстоящих друг от друга чуть менее, чем на 8 лет, первое происходит после прохождения Венерой через плоскость эклиптики, а второе — до. Поэтому при указанном выше положении наблюдателя в прохождениях, соответствующих восходящему узлу (декабрьских) Венера в первый раз пройдёт по верхней части солнечного диска, а во второй — по нижней его части. А в прохождениях, соответствующих нисходящему узлу (июньских), планета пройдёт сначала по нижней части солнечного диска, а во второй раз — по верхней. Если нижнее соединение Венеры с Солнцем происходит, когда Венера находится слишком близко к узлу своей орбиты, то смещение её по широте оказывается слишком большим, чтобы произошло другое прохождение 8-летней пары, и имеет место одиночное прохождение.

В каждом прохождении Венеры по диску Солнца выделяют четыре фазы (контакта): наружное прикосновение Венеры к краю Солнца (первый внешний контакт, контакт I); первое внутреннее прикосновение (первый внутренний контакт, контакт II) — когда Венера, уже будучи полностью на диске Солнца, касается с ним; второе внутреннее прикосновение (второй внутренний контакт, контакт III) — когда Венера пройдёт по диску Солнца и прикоснётся к другому его краю; второе наружное прикосновение (последний внешний контакт, контакт IV) — когда Венера сойдёт с диска Солнца и будет касаться его, прежде чем полностью от него оторваться.

Во время прохождения Венеры по диску Солнца наблюдается «явление чёрной капли» (два раза: чуть после контакта II и чуть перед контактом III) и «явление Ломоносова» (первый его вариант — между контактом I и контактом II, и незадолго до контакта III; второй вариант — во время контакта I и контакта IV).

Древние наблюдения Древние греки, египтяне, вавилоняне, китайцы, а также астрономы Востока — персы, арабы и армяне знали о Венере и записывали её движение. Древние греки считали, что утренние и вечерние появления Венеры представляют разные «звёзды»: Геспер — вечерняя звезда, а Фосфор — утренняя звезда. Считается, что пифагорейцы первыми поняли, что это один и тот же объект. В IV веке до н. э. Гераклид Понтийский предположил, что Венера и Меркурий вращаются вокруг Солнца, а не Земли. В любом случае, свидетельств, что эти цивилизации знали о прохождениях Венеры, нет.

Венера была важным объектом для древних цивилизаций Америки, в частности, майя, которые называли её Нох Эк — «Великая звезда», или Шуш Эк — «Звезда Осы». Они верили, что Венера олицетворяет бога Кукулькана (также известного как Гукумац или Кетцалькоатль в других частях древней Центральной Америки). В рукописях майя описан полный цикл движений Венеры, но несмотря на доскональные знания о траектории планеты, у майя также отсутствуют упоминания о её прохождениях.

Некоторые средневековые астрономы (например, Ибн Сина) сообщали о наблюдении прохождений Венеры, однако в наше время эти сообщения подвергаются сомнению.

Современные наблюдения

Помимо того, что это очень редкое событие, в прошлом интерес к прохождениям был связан с тем, что при их наблюдении, используя метод параллакса, можно определить размеры Солнечной системы. Для этого нужно измерить незначительные различия времени начала (или окончания) прохождения в двух достаточно удалённых точках Земли. Расстояние между точками в дальнейшем используется как длина базы для определения расстояний до Солнца и Венеры методом триангуляции .

К XVII веку расстояния от Земли до Солнца (астрономическая единица) и до планет не были известны, хотя относительные их расстояния были установлены путём наблюдений и геометрических построений.

Иоганн Кеплер первым предсказал прохождение Венеры 1631 года в брошюре «О редких и удивительных явлениях 1631 года» (), изданной в Лейпциге в 1629 году. Как и предполагал Кеплер, в Европе явление не было видно, однако он полагал, что явление можно будет наблюдать 6 декабря в АмерикеВ указанной брошюре Кеплер пишет (латинский язык): «Etsi vero calculus indicat conjunctionis articulum medium Hor. 9. mi. 41. postquam Sol penes nos jam 6. horas sub Horizonte transegit, eoque apparitionem hanc adjudicat Americae» (перевод: «Хотя, правда, вычисление показывает, что средний момент соединения — 9 часов 41 минута — наступит после того, как Солнце у нас уже 6 часов под горизонтом пробудет, тем самым явление это присуждается Америке»). См. в источнике: , тогда как фактически оно не могло быть видно и там, а могло наблюдаться 7 декабря, в частности, в Азии.

Кеплер сделал свои прогнозы относительно 1631 и 1761 годов, но пропустил прохождение 1639 года.

1639 год По таблицам Кеплера это прохождение не предвиделось из-за ошибки в них на 8 минут. Однако английский астроном Джереми Хоррокс уточнил расчёты орбиты Венеры, выполненные Кеплером. Это позволило ему провести первое наблюдение прохождения Венеры по диску Солнца с научными целями 4 декабря 1639 года (24 ноября по юлианскому календарю, использовавшемуся тогда в Англии), из своего дома в Мач Хул, в семи милях от Престона в Англии.

С помощью простого телескопа Хоррокс спроецировал солнечный диск на лист бумаги, где можно было безопасно увидеть изображение. Хотя он не был уверен относительно точного времени начала, расчёты показывали, что прохождение начнётся примерно в 15:00. Проведя в ожидании почти весь день, он наконец увидел его в 15:15, сразу, как облака, закрывающие Солнце, рассеялись, и как раз за полчаса до захода Солнца. Его друг Уильям Крабтри наблюдал это же прохождение из Солфорда близ Манчестера. Результаты наблюдений позволили Хорроксу оценить расстояние от Земли до Солнца в . Это составляет 0,639 от современного значения в , но это была самая верная оценка из данных ранее. Исследования Хоррокса, однако, были опубликованы лишь в 1662 году уже после его смерти Яном Гевелием. В 1691 году Э. Галлей предложил использовать следующие прохождения Венеры по диску Солнца для установления параллакса Солнца.

1761 год