天文動手做-觀測活動（8）觀察水星金星運(yùn)動

◎文圖 中國科學(xué)院國家天文臺 郭紅鋒

天文動手做-觀測活動（8）觀察水星金星運(yùn)動

◎文圖 中國科學(xué)院國家天文臺 郭紅鋒

很多同學(xué)多次外出野外觀星，對恒星的觀察已經(jīng)很熟悉了，對四季的星空已經(jīng)很了解了，但談到觀察行星，就沒有太多經(jīng)驗了。的確，觀察行星需要更多的時間和耐性，經(jīng)過一段時間連續(xù)的觀察、記錄和比較，才能獲得有用的數(shù)據(jù)，分析出行星運(yùn)動的軌跡和規(guī)律。

這里先介紹幾個描述太陽系行星運(yùn)動的概念和名詞。根據(jù)最新的太陽系分類，我們居住的太陽系有8顆行星，按距離太陽遠(yuǎn)近排列，分別是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。其中運(yùn)行于地球里圈的兩顆行星稱為“地內(nèi)行星”，運(yùn)行于地球外圈的五顆行星稱為“地外行星”。近年來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了很多太陽系外恒星系統(tǒng)里的行星，人們也稱之為“地外行星”，這跟太陽系內(nèi)的“地外行星”概念完全不同。為了區(qū)別，我們在談到太陽系的行星時，常常簡化為“內(nèi)行星”和“外行星”。

這一期我們介紹內(nèi)行星（水星與金星）的運(yùn)動特點(diǎn)和觀察方法。

圖1是在地球上觀察內(nèi)行星繞太陽運(yùn)動的示意圖。如圖所示，內(nèi)行星和地球都繞太陽公轉(zhuǎn)。當(dāng)太陽在行星與地球之間時，叫“上合”，行星在太陽與地球中間時叫“下合”。內(nèi)行星、地球和太陽三顆星所成的角距最大時叫“大距”。行星在太陽東邊叫“東大距”，可以在太陽下山后被看見，此時是觀測內(nèi)行星的最好時機(jī)；行星在太陽西邊叫“西大距”，可以在太陽升起前被看見，這同樣是觀測內(nèi)行星的最好時機(jī)。因為內(nèi)行星離太陽較近，離太陽太近時會被淹沒在陽光里無法看見，而在“大距”的位置時離開太陽最遠(yuǎn)，可以在日出前或日落后有最長的觀測時間。

圖1

通常我們看到天空中的所有天體都是投影在巨大的天球上。夜晚觀星我們注意到，天上的恒星在它們各自的軌道上不停地自東向西轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的速度與地球自轉(zhuǎn)速度相同（方向相反）。所以我們用肉眼觀星，雖然有東升西落的現(xiàn)象，但恒星互相之間的位置是不變的，或者說星座的形狀不變。這是因為恒星距離地球都非常遙遠(yuǎn)，以至于我們用肉眼觀察不到恒星本身的運(yùn)動，所以才稱它們?yōu)椤昂阈恰保ㄒ妶D2）。

圖2

但是行星就不同了，之所以稱呼它們?yōu)椤靶行恰保褪且驗樗鼈冊诤阈堑谋尘袄锊煌５亍坝蝿舆\(yùn)行”，或者叫“游行”。

例如水星和金星，當(dāng)它們在太陽的東邊一天天西行（參考圖3藍(lán)色箭頭線），接近太陽后，又從太陽的西邊繼續(xù)西行到太陽以西一定的角度（西大距），然后折回東行（紅色箭頭線），再次接近太陽后，又繼續(xù)東行直到太陽東邊一定的角度（東大距），然后再次折回。這就是內(nèi)行星（水星和金星）在恒星背景里“游行”的一般規(guī)律（見圖3）。

圖3

要觀察行星的運(yùn)動，不僅需要較長時間的連續(xù)觀察，而且要結(jié)合行星的運(yùn)動參數(shù)和行星位置預(yù)報，才能在準(zhǔn)確的時間找到正確的行星。下面給出北京地區(qū)2017年9～10月間，我們能夠觀察到水星和金星的時間和位置：

一、觀察水星運(yùn)動

2017年9月初，每天黎明前（早晨5點(diǎn)左右），水星在地平線上，方向正東偏北約15度，隨后每天向西運(yùn)動,離太陽漸遠(yuǎn)（即每天同一時間，5點(diǎn)左右，可看到水星距離地平面越來越高）。9月12日，水星西大距（即水星在黎明前升得最高，位于太陽以西約18度），這是日出前觀察水星的最好時機(jī)。因為水星在這個位置，距離太陽角距最大，也就是在黎明前比較黑的時候，水星已經(jīng)升出地平面，比離太陽角距小的時候更容易觀察到。

9月12日以后，過了西大距，水星開始折回向東運(yùn)動，離太陽漸近（即每天同一時間可看到水星距離地平面越來越低），到9月底，水星已經(jīng)最接近太陽而無法觀察到了，以后繼續(xù)向東運(yùn)動，越過太陽，來到太陽的東邊，那時候要在日落后才能在西邊地平線附近看到水星。那將是11月以后的事了。

二、觀察金星運(yùn)動

2017年9月初，每天黎明前（早晨5點(diǎn)左右），金星在地平線以上約20度（即地平高度約20度），方向正東偏北約7～8度，每天向東運(yùn)動,離太陽漸近（即每天同一時間金星距離地平面越來越低）。到10月初，我們在同一時間（早晨5點(diǎn)左右）觀察，可以發(fā)現(xiàn)金星已經(jīng)移到距離地平面約10度。這以后金星繼續(xù)東行靠近太陽（即每天同一時間金星距離地平面越來越低）。到10月底，金星在同一時間（早晨5點(diǎn)左右），在地平線下還沒有升出來呢！但是沒關(guān)系，那時候已經(jīng)晝漸短夜?jié)u長，太陽升起也較晚，我們可以在更晚的時間（黎明前5:30左右）看到金星升出地平面大約5度。

在此期間（2017年9～10月間），我們還可以觀察到一些特別的天象，例如9月10日水星合軒轅十四，9月17日水星合火星，9月18日金星合月，9月19日水星合月，9月20日金星合軒轅十四，10月6日金星合火星，10月18日金星合月等。

三、觀察與記錄

同學(xué)們可以自己制作一個表格（參考下表），把每天觀察的數(shù)據(jù)填入表中，方位角要先確定正東方向，找一個地面參考物作為標(biāo)記，然后用手指法或拳法估算水星或金星的位置與正東方向的角距離。地平高度也是一樣用手指法或拳法估算水星或金星離開地面的高度角。有了這些數(shù)據(jù)以后，你還可以把每天記錄表中的數(shù)據(jù)標(biāo)在一幅背景圖上，連續(xù)標(biāo)注一段時間，你就會發(fā)現(xiàn)行星位置的顯著變化。

日期時間方位地水平星高度參考照片/圖方位地金平星高度參考照片/圖

同學(xué)們對水星和金星的觀測和記錄，可以持續(xù)一個月、兩個月，或者更長的時間。最終的結(jié)果（包括數(shù)據(jù)、照片和背景圖標(biāo)注等），請打包用附件形式發(fā)送到郵箱：chinahou@bao.ac.cn或jswzkxsn2011@126.com。

好的結(jié)果或照片會有獎勵的哦！