天文动手做-观测活动（8）观察水星金星运动

2017-09-25文图中国科学院国家天文台郭红锋

军事文摘 2017年18期

◎文图中国科学院国家天文台郭红锋

◎文图中国科学院国家天文台郭红锋

很多同学多次外出野外观星，对恒星的观察已经很熟悉了，对四季的星空已经很了解了，但谈到观察行星，就没有太多经验了。的确，观察行星需要更多的时间和耐性，经过一段时间连续的观察、记录和比较，才能获得有用的数据，分析出行星运动的轨迹和规律。

这里先介绍几个描述太阳系行星运动的概念和名词。根据最新的太阳系分类，我们居住的太阳系有8颗行星，按距离太阳远近排列，分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。其中运行于地球里圈的两颗行星称为“地内行星”，运行于地球外圈的五颗行星称为“地外行星”。近年来，科学家发现了很多太阳系外恒星系统里的行星，人们也称之为“地外行星”，这跟太阳系内的“地外行星”概念完全不同。为了区别，我们在谈到太阳系的行星时，常常简化为“内行星”和“外行星”。

这一期我们介绍内行星（水星与金星）的运动特点和观察方法。

图1是在地球上观察内行星绕太阳运动的示意图。如图所示，内行星和地球都绕太阳公转。当太阳在行星与地球之间时，叫“上合”，行星在太阳与地球中间时叫“下合”。内行星、地球和太阳三颗星所成的角距最大时叫“大距”。行星在太阳东边叫“东大距”，可以在太阳下山后被看见，此时是观测内行星的最好时机；行星在太阳西边叫“西大距”，可以在太阳升起前被看见，这同样是观测内行星的最好时机。因为内行星离太阳较近，离太阳太近时会被淹没在阳光里无法看见，而在“大距”的位置时离开太阳最远，可以在日出前或日落后有最长的观测时间。

图1

通常我们看到天空中的所有天体都是投影在巨大的天球上。夜晚观星我们注意到，天上的恒星在它们各自的轨道上不停地自东向西转动，转动的速度与地球自转速度相同（方向相反）。所以我们用肉眼观星，虽然有东升西落的现象，但恒星互相之间的位置是不变的，或者说星座的形状不变。这是因为恒星距离地球都非常遥远，以至于我们用肉眼观察不到恒星本身的运动，所以才称它们为“恒星”（见图2）。

图2

但是行星就不同了，之所以称呼它们为“行星”，就是因为它们在恒星的背景里不停地“游动运行”，或者叫“游行”。

例如水星和金星，当它们在太阳的东边一天天西行（参考图3蓝色箭头线），接近太阳后，又从太阳的西边继续西行到太阳以西一定的角度（西大距），然后折回东行（红色箭头线），再次接近太阳后，又继续东行直到太阳东边一定的角度（东大距），然后再次折回。这就是内行星（水星和金星）在恒星背景里“游行”的一般规律（见图3）。

图3

要观察行星的运动，不仅需要较长时间的连续观察，而且要结合行星的运动参数和行星位置预报，才能在准确的时间找到正确的行星。下面给出北京地区2017年9～10月间，我们能够观察到水星和金星的时间和位置：

一、观察水星运动

2017年9月初，每天黎明前（早晨5点左右），水星在地平线上，方向正东偏北约15度，随后每天向西运动,离太阳渐远（即每天同一时间，5点左右，可看到水星距离地平面越来越高）。9月12日，水星西大距（即水星在黎明前升得最高，位于太阳以西约18度），这是日出前观察水星的最好时机。因为水星在这个位置，距离太阳角距最大，也就是在黎明前比较黑的时候，水星已经升出地平面，比离太阳角距小的时候更容易观察到。

9月12日以后，过了西大距，水星开始折回向东运动，离太阳渐近（即每天同一时间可看到水星距离地平面越来越低），到9月底，水星已经最接近太阳而无法观察到了，以后继续向东运动，越过太阳，来到太阳的东边，那时候要在日落后才能在西边地平线附近看到水星。那将是11月以后的事了。

二、观察金星运动

2017年9月初，每天黎明前（早晨5点左右），金星在地平线以上约20度（即地平高度约20度），方向正东偏北约7～8度，每天向东运动,离太阳渐近（即每天同一时间金星距离地平面越来越低）。到10月初，我们在同一时间（早晨5点左右）观察，可以发现金星已经移到距离地平面约10度。这以后金星继续东行靠近太阳（即每天同一时间金星距离地平面越来越低）。到10月底，金星在同一时间（早晨5点左右），在地平线下还没有升出来呢！但是没关系，那时候已经昼渐短夜渐长，太阳升起也较晚，我们可以在更晚的时间（黎明前5:30左右）看到金星升出地平面大约5度。

在此期间（2017年9～10月间），我们还可以观察到一些特别的天象，例如9月10日水星合轩辕十四，9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日金星合轩辕十四，10月6日金星合火星，10月18日金星合月等。

三、观察与记录

同学们可以自己制作一个表格（参考下表），把每天观察的数据填入表中，方位角要先确定正东方向，找一个地面参考物作为标记，然后用手指法或拳法估算水星或金星的位置与正东方向的角距离。地平高度也是一样用手指法或拳法估算水星或金星离开地面的高度角。有了这些数据以后，你还可以把每天记录表中的数据标在一幅背景图上，连续标注一段时间，你就会发现行星位置的显著变化。