观察火星运动

2017-11-07文图中国科学院国家天文台郭红锋

军事文摘 2017年20期

◎文图中国科学院国家天文台郭红锋

观察火星运动

◎文图中国科学院国家天文台郭红锋

上一期同学们尝试观察了内行星（在地球内圈运行的太阳系行星）—水星和金星，经过连续观察和记录，对行星的运动有了感性认识。这一期我们再接着观察火星，以火星为例，我们会对外行星（在地球外圈运行的太阳系行星）运动的共同特性有所了解。

图1是描述外行星运动的示意图，从地球上观看，太阳与某一颗行星之间的角度称为“距角”。太阳与外行星距角为0°时称为“合”，太阳与外行星距角为90°时称为“方照”，太阳与外行星距角为180°时则称为“冲”。内行星的运动有4个特殊时期，分别为下合、上合、东大距和西大距。同样，外行星的运动也有4个特殊时段，分别为合、冲、东方照和西方照。就外行星而言，太阳在行星与地球之间时叫“合”，而地球在行星与太阳中间时叫“冲”（即地球与外行星在同一侧）。外行星在“冲”的位置时，与地球之间的距离最近，而且整夜都可以看到（类似满月时从地球上观察月亮，整夜可见）。因此，外行星位于“冲”的位置是观测该行星的最好时机。

我们讲过，内行星（水星和金星）在恒星背景里“游行”的一般规律是在太阳附近往返。现在我们要介绍外行星在恒星背景里“游动运行”的主要规律，是“顺行”与“逆行”（见图2）。

图1 外行星运动示意图

通常我们举头望星空时，看到天空中的所有天体都是投影在巨大的天球上。在这个天球上，恒星相互间的位置是恒定不变的，而行星却是在恒星之间穿行。以观察火星为例，从地球上看，火星先是在某星座里，过几天再看火星会移动到别的星座里了。如图2所示，地球和火星运行在位置1与位置2的时候，地球在火星的后面，从地球上会看到火星每天在恒星背景里向东移动了一点角距离（参考火星与邻近恒星的角距）；当地球和火星运行在位置3的时候，此时地球已经追上火星（也就是冲日）；然后地球超越火星，这期间从地球上向天空观察火星，会看到火星折回向西（参考火星与邻近恒星的角距）一小段距离后，又折回再次向东穿行。我们称行星在星座里（恒星背景里）向东的穿行为“顺行”，折回向西的穿行为“逆行”。

图2 外行星逆行演示图

一、观察火星运动

由于火星公转周期为687天，与地球发生冲的机会大约2年才有一次，所以要观察一个完整的火星顺行与逆行的周期也需要大约2年的时间。上一次火星冲日是2016年5月22日，下一次火星冲日是2018年7月27日。现在离下一个冲日还有大半年时间，同学们可以先做间隔时间较长的观察，例如每月观察1次，等到离冲日较近的日期（2018年7-8月间），再做间隔时间较短的观察，例如每天（或几天）观察一次。

下面给大家介绍2017年10月火星在天空中的位置和在星座里穿行的运动情况。

2017年10月初，每天黎明前（早晨5点左右），我们可以在大约正东方向，距离地平面约10°的位置找到火星（这期间火星离冲还很远，故不太亮，只有2等左右），也可以通过星座找火星（2017年10月间火星在狮子座的南边），此时金星离火星很近，就在火星的西边一点。金星每天都会向东穿行（接近太阳），因为金星运动得比火星快，所以很快就赶上了火星，并在10月6日与火星相合（早晨5点左右，在正东方向，距地面高度约10°，可以观察到），10月7日以后，金星已经在火星的东边了，10月底，金星在同一时间大约在地平线上。由于火星向东行的比较慢，而跟着星座向西的运动（地球公转引起）更明显，因此每天黎明前（早晨5点左右）火星的地平高度几乎不变（参考图3）。

因此，观察火星的运动一定要参考恒星背景，也就是观察它在星座间的游行规律。同学们如果有耐心和持之以恒的精神，可以把观察火星的工作持续做下去，至少坚持到下一个火星冲日（2018年7月27日）以及冲日以后的逆行。