觀察火星運動

2017-11-07 05:05:40文圖中國科學院國家天文臺郭紅鋒

軍事文摘 2017年20期

◎文圖中國科學院國家天文臺郭紅鋒

觀察火星運動

◎文圖中國科學院國家天文臺郭紅鋒

上一期同學們嘗試觀察了內行星（在地球內圈運行的太陽系行星）—水星和金星，經過連續觀察和記錄，對行星的運動有了感性認識。這一期我們再接著觀察火星，以火星為例，我們會對外行星（在地球外圈運行的太陽系行星）運動的共同特性有所了解。

圖1是描述外行星運動的示意圖，從地球上觀看，太陽與某一顆行星之間的角度稱為“距角”。太陽與外行星距角為0°時稱為“合”，太陽與外行星距角為90°時稱為“方照”，太陽與外行星距角為180°時則稱為“沖”。內行星的運動有4個特殊時期，分別為下合、上合、東大距和西大距。同樣，外行星的運動也有4個特殊時段，分別為合、沖、東方照和西方照。就外行星而言，太陽在行星與地球之間時叫“合”，而地球在行星與太陽中間時叫“沖”（即地球與外行星在同一側）。外行星在“沖”的位置時，與地球之間的距離最近，而且整夜都可以看到（類似滿月時從地球上觀察月亮，整夜可見）。因此，外行星位于“沖”的位置是觀測該行星的最好時機。

我們講過，內行星（水星和金星）在恒星背景里“游行”的一般規律是在太陽附近往返。現在我們要介紹外行星在恒星背景里“游動運行”的主要規律，是“順行”與“逆行”（見圖2）。

圖1 外行星運動示意圖

通常我們舉頭望星空時，看到天空中的所有天體都是投影在巨大的天球上。在這個天球上，恒星相互間的位置是恒定不變的，而行星卻是在恒星之間穿行。以觀察火星為例，從地球上看，火星先是在某星座里，過幾天再看火星會移動到別的星座里了。如圖2所示，地球和火星運行在位置1與位置2的時候，地球在火星的后面，從地球上會看到火星每天在恒星背景里向東移動了一點角距離（參考火星與鄰近恒星的角距）；當地球和火星運行在位置3的時候，此時地球已經追上火星（也就是沖日）；然后地球超越火星，這期間從地球上向天空觀察火星，會看到火星折回向西（參考火星與鄰近恒星的角距）一小段距離后，又折回再次向東穿行。我們稱行星在星座里（恒星背景里）向東的穿行為“順行”，折回向西的穿行為“逆行”。

圖2 外行星逆行演示圖

一、觀察火星運動

由于火星公轉周期為687天，與地球發生沖的機會大約2年才有一次，所以要觀察一個完整的火星順行與逆行的周期也需要大約2年的時間。上一次火星沖日是2016年5月22日，下一次火星沖日是2018年7月27日。現在離下一個沖日還有大半年時間，同學們可以先做間隔時間較長的觀察，例如每月觀察1次，等到離沖日較近的日期（2018年7-8月間），再做間隔時間較短的觀察，例如每天（或幾天）觀察一次。

下面給大家介紹2017年10月火星在天空中的位置和在星座里穿行的運動情況。

2017年10月初，每天黎明前（早晨5點左右），我們可以在大約正東方向，距離地平面約10°的位置找到火星（這期間火星離沖還很遠，故不太亮，只有2等左右），也可以通過星座找火星（2017年10月間火星在獅子座的南邊），此時金星離火星很近，就在火星的西邊一點。金星每天都會向東穿行（接近太陽），因為金星運動得比火星快，所以很快就趕上了火星，并在10月6日與火星相合（早晨5點左右，在正東方向，距地面高度約10°，可以觀察到），10月7日以后，金星已經在火星的東邊了，10月底，金星在同一時間大約在地平線上。由于火星向東行的比較慢，而跟著星座向西的運動（地球公轉引起）更明顯，因此每天黎明前（早晨5點左右）火星的地平高度幾乎不變（參考圖3）。

因此，觀察火星的運動一定要參考恒星背景，也就是觀察它在星座間的游行規律。同學們如果有耐心和持之以恒的精神，可以把觀察火星的工作持續做下去，至少堅持到下一個火星沖日（2018年7月27日）以及沖日以后的逆行。