Historisk väntan på Venus möte med solen

Den 6 juni i år kommer vi att kunna se planeten Venus passera framför solen. En sällsynt astronomisk händelse som vi får vänta 105 år på tills det inträffar igen. Under passagen, som tar cirka 7 timmar, kan Venus ses som en liten rund mörk fläck som rör sig över solytan.

En gång i tiden var Venuspassagen en fråga av största vetenskapliga och strategiska intresse. Den förknippades med prestige, nationell triumf och stor ära. Framstående astronomer sändes ut på årslånga resor till jordens alla hörn för att under svåra förhållanden exakt bestämma en enda mycket viktig tidpunkt – den då Venus befann sig precis innanför solens ljusa rand. I teorin skulle man då äntligen och med stor noggrannhet kunna bestämma avståndet från jorden till solen. Men trots stora umbäranden för de allra flesta – några återsåg aldrig sitt hemland – var det ingen som lyckades med målet.

Den förste som propagerade för mätningar av Venuspassager, var den brittiske prästen och matematikern James Gregory. År 1663 visade han i sin Optica promota hur avståndet till Venus kunde mätas, förutsatt att observationerna gjordes samtidigt från flera platser på jordklotet.

Även den brittiske astronomen Edmund Halley slogs av denna möjlighet efter att 1677 ha följt Merkuriuspassagen från ön Sankta Helena utanför Västafrika. Halley visste mycket väl att han själv inte skulle leva ända till den 6 juni 1761, då Venus nästa gång skulle passera framför solen. Men hans högsta önskan, till och med på dödsbädden, var att astronomerna världen över då kunde samarbeta om att följa Venus svarta skiva mot solens yta från olika platser.

Venus är uppkallad efter romarnas kärleksgudinna och har under långa tider varit känd som morgon- och aftonstjärnan. Trots att babylonierna redan på 1500-talet f.Kr. visade att det i själva verket rörde sig om en och samma himlakropp. För grekerna däremot var planeten känd som Phosphorus i gryningen och Hesperus vid dagens slut ända tills Pythagoras klargjorde deras gemensamma identitet på 500-talet f.Kr.

Även om planetens rörelse i förhållande till solen var känd av antika civilisationer finns inga säkra belägg för att någon Venuspassage observerades före 1600-talet. När Johannes Kepler i början av 1600-talet beräknade planeternas och kometernas banor var han alltså först med att notera att Venuspassager alls var möjliga. Att de ändå är så sällsynta beror på att jordens och Venus banor lutar något så att planeterna sällan ligger i exakt linje med varandra.

Kepler räknade fram att både Merkurius och Venus skulle passera mellan oss och solen i november 1631. Den 7 november lyckades faktiskt fransmannen Pierre Gassendi fånga Merkurius mörka skugga mot solytan. Men han missade Venuspassagen, eftersom den inträffade nattetid i Frankrike. Inte heller någon annan observation av denna första beräknade Venuspassage är känd. 

Enligt Kepler skulle nästa Venuspassage dröja ända till 1761 – han hade missat att passagerna alltid kommer i par, två och två, med åtta års mellanrum. Men britten Jeremiah Horrocks återupprepade – vid inte ens fyllda 20 år – Keplers kalkyler och insåg att ytterligare en passage möjligen skulle inträffa på självaste julaftonen 1639.

Dagen var molnig och solen kikade fram endast några korta stunder, men trots ett stort astronomiskt intresse valde Horrocks sina kyrkliga plikter i första hand. Så i grevens tid, kvart över tre på eftermiddagen, bara en halvtimme före solens nedgång, såg han från sitt kyrkfönster i Hoole under en mirakulöst uppklarnad himmel en liten svart skiva vid solranden. Även en kollega som Horrocks meddelat om tilldragelsen, William Crabtree, såg passagen genom en molnglugg från Manchester.

Edmund Halleys sista önskan gick faktiskt i uppfyllelse på 1760-talet – decenniet som blev de stora Venusexpeditionernas tidsålder. Passagerna skulle inträffa både i juni 1761 och åtta år senare, i juni 1769. Astronomerna hade klart för sig att de nu hade chansen att genomföra världsomspännande observationer. Genom att mäta från olika platser på norra och södra halvklotet kunde de mycket exakt avgöra hur långt jorden var från Venus och därmed härleda avståndet från jorden till solen.

Avståndet brukar kallas för den astronomiska enheten och är ett mått på solsystemets storlek. Annars var bara de relativa avstånden till solen och planeterna kända, som att Jupiter kretsar fem gånger längre bort från solen än jorden, och att Venus avstånd till solen är knappt tre fjärdedelar av jordens. Men hur långt var det egentligen härifrån till solen?

Nu skulle detta bestämmas med hjälp av Venuspassagen. Planetens inträde och utträde från solskivan skulle vara användbara, förutsatt att det gick att bestämma tidpunkterna på en sekund när.

Men denna så kallade triangulering ter sig mycket enklare i teorin än i praktiken. Den kräver noggranna tidsangivelser av både passagens början och slut, och en lika noggrann uppfattning om varifrån på jorden observationerna utförs.

Platsens latitud gick att beräkna från polstjärnans (eller dess sydliga motsvarighet – Sigma octantis) höjd över horisonten. För att bestämma longituden behövdes exakt ställda klockor i kombination med observationer av kända himlakroppar.

Astronomerna räknade dock inte med den allvarligaste svårigheten – den så kallade svarta droppen, ett optiskt fenomen orsakat av Venus atmosfär. Det gör att solskivans och Venus kanter under några tiotals sekunder förenas med ett diffust band. Faktum är att den svarta droppen fördärvar alla försök att exakt fastställa när den mörka Venusskivan möter solens rand.

Trots alla upptänkliga problem, kända och okända, ansåg det internationella forskarsamfundet att Venuspassagen var av yttersta vikt. Det rådde inte heller något tvivel om att det behövdes många samtidiga observationer från vitt skilda platser på jordklotet, om inte annat så för att försäkra sig om gynnsamma väderförhållanden.

Men läget för fredligt internationellt forskningssamarbete var inte det bästa. Sjuårskriget härjade i Europa 1756–63 med en rad stater inblandade, bland andra Storbritannien, Frankrike, Preussen och Österrike. Även Sverige deltog. Konkurrensen var hård om kolonierna och världsherraväldet. Det viktiga var nationella insatser för att sätta det egna landet på kartan, inte bara territoriellt utan även vetenskapligt, snarare än europeiskt forskningssamarbete. Därför satsade främst Storbritannien och Frankrike enorma summor pengar på expeditioner världen över.

Redan under passagen den 6 juni 1761 gjordes mätningar från omkring 120 platser över hela jordklotet. Det var häst och vagn eller båt som gällde som transportmedel. Speciellt kan fransmannen Jean Baptiste Chappe nämnas. Han genomförde, trots många hinder på vägen, en lyckad expedition till Tobolsk i Sibirien.

Å andra sidan är hans landsman Guillaume Le Gentil främst ihågkommen för sina fruktlösa försök att observera Venuspassagerna i Ostasien. Hans expedition till Indien misslyckades i dubbel bemärkelse, då han under sin tioåriga bortavaro inte kunde göra några mätningar av vare sig 1761 eller 1769 års passager.

Vid det första tillfället hindrades expeditionen från att gå iland i Pondicherry i södra Indien av lokala stridigheter. Le Gentil blev tvungen att genomföra observationerna från fartygets gungande däck. När det blev dags för den andra passagen tvingades han, efter en lång vistelse i Manilla på Filippinerna, söka sig tillbaka till Pondicherry där det var molnigt under hela passagen. I Manilla däremot var det klart väder.

Även i Sverige betraktade ett flertal observatörer passagen 1761. En av dem var en centralgestalt i 1700-talets svenska naturvetenskap, Vetenskapsakademiens ständige sekreterare, astronomen Pehr Wilhelm Wargentin i Stockholm. Han var också först i världen med att ge en korrekt förklaring till den svarta droppen.

I ett brev från den 7 augusti 1761 till den brittiska vetenskapsakademin, The royal society of London, nämner Wargentin observationer från Torneå, Åbo, Härnösand, Uppsala, Lund och Stockholm. Vid nästa passage, år 1769, var de svenska observationsorterna och observatörerna i stor utsträckning desamma. Wargentins rapport till The Royal society var dock denna gång författad på latin i stället för på engelska. Kanske önskade han sig en bredare läsekrets; latinet var fortfarande forskarvärldens gemensamma språk.

Åtta år senare inträffade nästa passage, och 1769 blev den brittiske upptäcktsresanden James Cooks år. Han var kapten på ett av Storbritanniens expeditionsskepp till Stilla havet. Under Cooks befäl seglade barken HMV Endeavour till Tahiti där medlemmar ur The Royal society utförde utmärkta solobservationer. Även den svenska botanikern Daniel Solander var med på resan och gjorde egna mätningar. Trots att han och britterna befann sig på samma plats, visade deras resultat en skillnad på många sekunder när det gällde tidpunkten för Venus möte med solskivans rand.

Samtidigt fick Jean Baptiste Chappe återigen uppdraget att för franska akademins räkning ge sig ut på äventyr, den här gången till San Jose del Cabo på den kaliforniska halvön. Vädret var fint och observationerna perfekta. Men före avresan hem drabbades expeditionen av en förödande katastrof. Trots att svår tyfus härjade bland lokalbefolkningen valde sällskapet att stanna kvar för att göra ytterligare astronomiska observationer. En enda medlem av expeditionen överlevde och kunde bringa Chappes observationer och anteckningar tillbaka till Paris.

De följande Venuspassagerna inträffade 1874 och 1882. Teknik, observationsmetoder och kommunikationsmöjligheter hade då avsevärt förbättrats. Ett stort antal expeditioner finansierades återigen av världsmakterna, även om intresset var något mindre entusiastiskt. Men liksom tidigare störde den svarta droppen tidtagningen av Venus in- och utträde på solskivan.

Att beräkna den astronomiska enheten utifrån observationer av Venuspassager visade sig alltså näst intill omöjligt. Värdet varierade med några miljoner kilometer och var regelmässigt sämre än de resultat man kunde få fram genom att observera planeten Mars eller närbelägna småplaneter.

Den första trovärdiga uppskattningen av den astronomiska enheten gjordes så sent som 1900–01. Då passerade småplaneten Eros mellan jorden och solen, och felmarginalen för den astronomiska enheten minskade till cirka en tiondels procent, eller 200 000 kilometer.