天體的合、凌、掩、食、沖

◎文圖 中國科學院國家天文臺 郭紅鋒

我們介紹過了天體的食、沖等的概念和觀測方法。這一期我們繼續介紹合、凌、掩的概念與觀測方法。

簡單來說，從地球上看天空中的移動天體（即太陽系內的天體），在運動中向另一個天體視覺上靠近的時候，就會發生合、凌、掩、食、沖等天文現象。

為了說清楚這些現象，我們先來介紹一下天球坐標系的概念。我們都見過地球儀，地球儀表面有豎直的圈線和水平的圈線，那些豎直的圈線叫做地理經度線，簡稱經度；那些水平的圈線叫做地理緯度線，簡稱緯度。地球上的經緯度系統組成了地球坐標系（見圖1），可以描述地球表面任何一點的位置。

所謂天球，就是包裹著地球的無限大的球。我們把地球坐標系向天球推廣，把經度圈和緯度圈都擴大到天球上，就有了天球上的經緯圈。但為了區別，我們稱天球上的經度叫做赤經，稱天球上的緯度叫做赤緯。這就是天球坐標系之一的以地球為中心的赤道坐標系。天球坐標系還有以其他點為中心的變換系統，例如，以地球圍繞太陽運動軌跡在天球上的投影（即黃道）為基本圈的黃道坐標系，其經緯度稱為黃經和黃緯等。

一般來說，兩個天體合的過程就是它們在經度方向上接近的過程。這里說的經度，較嚴謹的說法是這兩個天體在天球上有相同的赤經或黃經。一般來說，兩顆天體的合意味著它們有相同的赤經（稱為赤經合），或者兩顆行星有相同的黃經（稱為黃經合）。由于黃道與赤道之間有傾角，所以黃經合與赤經合的位置與時間都不一樣，但差異不會太大。無論是赤經合還是黃經合，看起來都是這兩個天體在天球上靠得很近，而我們這里介紹的是簡易觀測，不需要那么精確，故把兩種經度的合簡略為經度之合。

我們觀察天空中的兩個天體，當它們的經度相等時，其中一顆天體會從另一顆天體的北方或南方掠過；如果這兩個天體在合的時候還有相同的緯度，則較靠近地球的這顆天體（簡稱近景天體）會從較遠那顆天體（簡稱遠景天體）的前方經過；如果其中一顆的影子能投射在另一顆的表面（或者這顆近景天體遮擋了遠景天體），就發生食的現象。例如，月球在太陽前面經過，其陰影落到地球上就會發生日食。如果近景天體盤面遠小于較遠的遠景天體，這時候地球上就可以看到遠景天體圓面上有個小黑點在移動，這種現象稱為凌（“凌”有以小欺大的意思）。例如，水星經過太陽前方時被稱為水星凌日，金星經過太陽前方時被稱為金星凌日。

反過來說，接近地球的近景天體盤面遠大于較遠的遠景天體，就可能將后者完全遮蔽掉，這種現象稱為掩。例如，每年都會發生幾次月球經過行星或恒星的前方，將行星或恒星遮蔽的現象，稱為月掩星。而月球經過太陽與地球之間，將太陽遮蔽的情形（二者盤面大小差不多），我們特別稱為食，其實這是凌或掩的特例。

合的現象不僅與天體的相對位置有關，也與觀測者的位置相關。就以從地球上觀察太陽和月球為例，在合的時刻，太陽和月球看起來是在相同的方向上（此時為朔月，二者在經度上相等）；當太陽和月球在相對的位置時，則是沖（此時為望月，觀測所見的太陽和月球分開在相反的方向上，經度相差180°）。

下面總結一下合、凌、掩、食、沖等現象（見圖2）。

合：兩個天體接近，在經度相等時稱為合，合的時候兩個天體視覺方向接近但不重疊。

凌：兩個天體接近，在經度和緯度都相等時，圓面小的在前稱為凌（此時兩天體重疊）。

掩：兩個天體接近，在經度和緯度都相等時，圓面大的在前稱為掩（此時兩天體重疊）。

食：兩個天體接近，在經度和緯度都相等時，圓面差不多大的稱為食（此時兩天體重疊或部分重疊）。

沖：是地球與另一個天體在經度方向一致的時侯，但此時因觀察者在地球上，故看不到自己，只能看到另一個天體，所以滿月也可以算為沖。

合的概念比較寬泛，天空中天體合的機會也比較多。了解了合的概念，你在觀察天體的時候就多了一些有趣的觀察目標，例如經常會在天象預報里看到某某星合月，某某星合某某星等信息。2018年下半年夜晚就會出現多次觀察天體相合的機會。

2 0 1 8年0 9月1 8日0 0∶4 6 月亮合土星2 0 1 8年1 0月 6日0 5∶5 8 月亮合軒轅十四2 0 1 8年1 0月1 2日0 5∶2 1 月亮合木星2 0 1 8年1 0月1 8日2 1∶0 1 月亮合火星2 0 1 8年1 0月2 7日2 1∶0 4 月亮合畢宿五2 0 1 8年1 0月3 1日2 3∶2 4 月亮合鬼星團2 0 1 8年1 1月1 1日2 3∶4 6 月亮合土星2 0 1 8年1 1月2 4日0 5∶1 1 月亮合畢宿五2 0 1 8年1 1月2 8日0 4∶5 7 月亮合鬼星團2 0 1 8年1 2月4日0 2∶4 2 月亮合金星2 0 1 8年1 2月1 5日0 7∶2 1 月亮合火星2 0 1 8年1 2月2 2日0 3∶4 9 水星合木星2 0 1 8年1 2月2 2日2 3∶0 8 木星合心宿二2 0 1 8年1 2月2 7日0 0∶0 6 月亮合軒轅十四

觀測的方法可以用望遠鏡后面接單反相機拍照，也可以使用單反相機直接拍照，從相合之前到相合之后，拍攝一系列照片，然后合成。相合前后的照片可以是一個晚上拍的，也可以是連續幾個晚上拍的，但要記錄好日期、時間、經緯度等信息。感興趣的同學可以先查一下預報或者星空軟件，計劃好觀測時間和步驟，選擇好觀測地點等，提前把這些功課做好了，一定能獲得好的結果。

希望同學們把觀測和拍攝的結果（包括數據、繪制圖表、照片等）和觀察者信息（姓名、學校、聯系方式、當地經緯度、測量日期與時間等），打包用附件形式發送到郵箱chinahou@bao.ac.cn，我們會核對您的數據，評價您的測量結果。