מעבר נוגה על פני השמש

מעבר נוגה על פני השמש (או הטרנזיט של נוגה על פני השמש) מתרחש כאשר כוכב הלכת נוגה עובר בין כדור הארץ והשמש. במעבר זה, כוכב הלכת נוגה מכסה חלק קטן מפני השמש כפי שהם נצפים מכדור הארץ. נוגה נראה במהלך המעבר כדיסקה אפלה קטנה, אשר נעה על פני השמש. מישכו של המעבר הוא כמספר שעות - המעבר שאירע בשנת 2004 נמשך כשש שעות. במובנים רבים, מעבר נוגה על פני השמש דומה לליקוי חמה: המשותף לשניהם הוא התלכדות של גוף שמימי כלשהו עם הקו שבין כדור הארץ לשמש. אולם, להבדיל מליקוי חמה, בו הירח מסתיר חלק ניכר מפני השמש, במעבר זה רק חלק זעום מפני השמש מוסתר על ידי נוגה. על אף שקוטרו של נוגה גדול פי ארבעה מזה של הירח, הוא מרוחק יותר מכדור הארץ, ועל כן גודלו הנראה קטן יותר. לפני עידן הלוויינים ומחקר החלל, נעזרו מדענים בתצפיות במעבר נוגה על פני השמש ובשיטת הפרלקסה כדי לחשב את מרחק כדור הארץ מהשמש.
מעברי נוגה על פני השמש הם בין התופעות האסטרונומיות הניתנות לחיזוי הנדירות ביותר. המעברים מתרחשים בזוגות, כשבין כל זוג מעברים מפרידות שמונה שנים. בין שני זוגות יש רווח של 121.5 או 105.5 שנים. משך המחזור הכולל הוא 243 שנים. המעבר הקודם למעבר שהתרחש בשנת 2004 היה בשנים 1874 ו-1882. המעבר שאחריו, התרחש ב-6 ביוני 2012.  המעבר התחיל עוד לפני הזריחה מישראל והיה באמצעו בשעת הזריחה בישראל. הצפייה התאפשרה מישראל מהזריחה ועד כשעתיים לאחריה.
לשם צפייה במעבר נוגה על פני השמש יש להצטייד באמצעי בטיחות להגנת העין. צפיה בשמש בעין בלתי מזוינת עלולה לגרום לנזק חמור וקבוע עד עיוורון.

הצטלבות גרמי השמיים

הצטלבותם של השמש, נוגה וכדור הארץ על ישר אחד היא תופעה נדירה ביותר. עובדה זו נובעת מכך שמישורי הסיבוב סביב השמש של שני האחרונים אינם מתלכדים. מישור הסיבוב של נוגה את השמש יוצר זווית של כ-3.4° עם מישור הסיבוב של כדור הארץ סביב השמש - מישור המילקה. הנטייה הזו גורמת לנוגה להיראות "מעל" או "מתחת" לשמש. המעברים נצפים כאשר שני כוכבי הלכת מצויים באותה העת על ישר החיתוך שבין מישורי הסיבוב שלהם. מכדור הארץ, נוגה עשוי להיראות במרחק זוויתי של עד 9.6° מהשמש - כלומר הזווית שנוצרת בין נוגה, צופה בכדור הארץ והשמש יכולה להגיע ל-9.6°. משום שהגודל הזוויתי של השמש הוא כחצי מעלה, נוגה עשוי להיות במרחק של כ-18 קוטרי-שמש מהשמש.
מעברי נוגה על פני השמש מתרחשים במחזוריות של 243 שנים. במחזור שכזה מתרחשים ארבעה מעברים: בין המעבר הראשון לשני מפרידות 8 שנים; בין המעבר השני לשלישי מפרידות 121.5 שנים; בין השלישי לרביעי מפרידות 8 שנים נוספות. המעבר החמישי (הראשון במחזור הבא) מתרחש בחלוף 105.5 שנים. אורך המחזור של מעברי נוגה על פני השמש הוא 243 שנים משום ש-243 מחזורים של כדור הארץ ביחס לכוכבי הרקע (365.25636 ימים -  מעט יותר משנה טרופית) הם 88757.3 ימים, ו-395 מחזורים של נוגה ביחס לכוכבים (224.701 ימים) הם 88756.9 ימים. לכן, אחרי פרק זמן של 243 שנים, כדור הארץ ונוגה נמצאים כמעט באותו מקום ביחס למסלוליהם.
קיימות תבניות נוספות אפשריות להופעת המעברים מלבד התבנית של 105.5, 8, 121.5 ו-8 שנים בין מעבר למעבר ב-243 שנים. בשל ההסטה הקלה בין הזמן הדרוש לנוגה להגיע לנקודת ההצטלבות ובין הזמן שדרוש לכדור הארץ להגיע לנקודה זו, בעבר הייתה התבנית שונה במקצת. לפני שנת 1518, מעברים התרחשו כל 8, 113.5 ו-121.5 שנים. לפני שנת 546, בין כל שני מעברים הפרידו 121.5 שנים. התבנית הנוכחית תמשך עד שנת 2846, ואז תוחלף בתבנית של 105.5, 129.5 ו-8 שנים. כלומר, אורך המחזור של 243 שנים נותר קבוע, אך מספר המעברים וההפרש ביניהם משתנה עם הזמן.

תצפיות מודרניות

העניין המדעי העיקרי שבמעברי נוגה על פני השמש הוא לשם מדידת גודל מערכת השמש על ידי שימוש בשיטת הפרלקסה. הטכניקה מבוססת על מדידת הבדלים קטנים בהתחלת המעבר, כפי שהם נצפים מנקודות רחוקות על פני כדור הארץ. על ידי מדידת המרחקים בין הצופים על פני כדור הארץ, ניתן לחשב את המרחק בין כדור הארץ לשמש ולנוגה, באמצעות שיטת הטריאנגולציה.
אסטרונומים במאה ה-17 הצליחו לבטא את המרחק של כל כוכב לכת מהשמש (באמצעות חוקי קפלר), ביחס למרחק למרחק כדור הארץ מהשמש (כלומר, ביחידות אסטרונומיות). אולם, הערך המוחלט המדויק של היחידה האסטרונומית ושל המרחקים הללו לא היה ידוע עדיין.
הראשון שחזה בהצלחה את מעבר נוגה על פני השמש היה יוהנס קפלר בשנת 1631. מעבר זה לא נצפה, משום שמדידותיו של קפלר לא היו מדויקות די הצורך, והוא לא ידע  כי אותו מעבר לא נראה מרוב חלקי אירופה.
הראשון שצפה במעבר נוגה על פני השמש היה ג'רמיה הורוקס. הורוקס צפה במעבר מביתו שליד פרסטון שבאנגליה ב-4 בדצמבר 1639 (24 בנובמבר, לפי הלוח היוליאני). עמיתו, ויליאם קראבטרי, צפה אף הוא במעבר ממנצ'סטר. לפי תחזיותיו של קפלר, כוכב הלכת נוגה יחלוף על פני השמש ב-1631, ושוב ב-1761. הורוקס בדק את חישובי המסלול של נוגה שקפלר חישב, תיקן אותם, ומצא שמעברי נוגה אמורים להתרחש בזוגות של 8 שנים. מכאן הניח הורוקס שהמעבר הבא יתרחש ב-1639. אף על פי שלא היה בטוח לגבי השעה המדויקת, הוא חישב והעריך שהמעבר יחל בשעה 15:00. הורוקס הטיל את דמות השמש על גבי קלף באמצעות טלסקופ. אחרי שצפה בפיסת הקלף לאורך כל היום, לקראת 15:15 השמיים התבהרו מעננים, והוא ראה את מעבר נוגה, כחצי שעה לפני השקיעה. באמצעות התצפית שלו, הורוקס העריך גודלו של נוגה, ואת מרחקו של כדור הארץ מהשמש. הורוקס העריך כי מרחק כדור הארץ מהשמש הוא כ-95.6 מיליון קילומטר - כשני שלישים מהמרחק האמיתי (כ-150 מיליון קילומטר). אולם, הערכתו הייתה טובה מכל הערכה אחרת עד לאותם הימים. תצפיותיו של הורוקס לא פורסמו עד מותו ב-1661.
בשנת 1761 צפה מיכאיל לומונוסוב במעבר נוגה על פני השמש ממצפה הכוכבים של סנקט פטרבורג, ומצא כי יש לנוגה אטמוספירה. לומונוסוב צפה בשבירת קרני האור במעבר נוגה על פני השמש. הוא שיער כי הגורם להופעת טבעת אור על פני דמות השמש לפני תחילת המעבר הוא קיום אטמוספירה גזית בנוגה.
במעברי נוגה על פני השמש בשנים 1761 ו-1769 גודלה של היחידה האסטרונומית נמדד בדיוק רב, באמצעות שיטת הפרלקסה. מדידת מרחק כדור הארץ מהשמש היה יעד אסטרונומי חשוב במשך מאות שנים. הרעיון למדידת מרחק כדור הארץ מהשמש באמצעות הפרלקסה של נוגה הוצע לראשונה על ידי ג'יימס גרגורי בשנת 1663. משלחות בינלאומיות רבות נשלחו לרחבי העולם לשם צפייה במעברים הללו. היה זה שיתוף פעולה מדעי-בינלאומי ראשון מסוגו; מדענים ממדינות אירופה השונות נסעו לסיביר, נורווגיה, ניופאונדלנד ומדגסקר. רוב המשלחות צפו לפחות בחלק מהמעבר, אך המדידה המוצלחת ביותר נעשתה על ידי ג'רמיה דיקסון וצ'ארלס מייסון בכף התקווה הטובה. במעבר של 1769, שמונה שנים מאוחר יותר, נסעו מדענים למפרץ הדסון, לבאחה קליפורניה (שהייתה אז בשלטון ספרדי) ולנורווגיה. משלחת נוספת (שכללה את צ'ארלס גרין) נשלחה לטהיטי, בראשותו של קפטן ג'יימס קוק - שיצא אז למסעו הראשון. האסטרונום הצ'כי כריסטיאן מייאר, הוזמן על ידי יקטרינה הגדולה לצפות במעבר נוגה בסנקט פטרבורג. מסעו הכושל של גיום לה ז'נטיל להודו כדי לצפות במעבר, זכה לפרסום בשל כך שלא הצליח לצפות באף אחד משני המעברים ובשובו לביתו אחרי העדרות של 11 שנים גילה שהוכרז כמת ואיבד את רכושו, את משרתו ואת אשתו.
במדידות הללו היה טמון קושי, שנבע מהבעייתיות שבקביעת רגע תחילת המעבר. קושי זה נוצר בעקבות תופעה הקרויה "אפקט הטיפה השחורה". במשך שנים רבות סברו כי אפקט זה נובע מהאטמוספירה העבה של נוגה, והתופעה אף נחשבה לראייה לקיום אטמוספירה בכוכב הלכת נוגה. אולם, מחקרים עדכניים מגלים כי האפקט הוא תופעה אופטית הנובעת ממריחת הדמות של נוגה, כתוצאה ממערבולות באטמוספירה של כדור הארץ ומחוסר אחידות במכשירי המדידה.
בשנת 1771, בהתבסס על המדידות מ-1761 ומ-1769, חישב התוכן הצרפתי ז'רום לאלנד שיחידה אסטרונומית אחת היא 153 מיליון קילומטרים, עם טעות חישוב של כמיליון קילומטרים. טעות החישוב הייתה גדולה מן המצופה, בגלל תופעת ה"טיפה השחורה", אך למרות זאת המדידה הניבה תוצאות מדויקות בהרבה מהידע שהיה קיים עד אז.