火星沖日——15年中最大最亮的火星三周後出現

探索 07-05

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作者：Martin J. Powell

翻譯：馬明陽

校對：王克義

上圖顯示了2012年至2027年間的火星沖日。每次沖日時火星的相對亮度由日期標籤的顏色體現出來，從橙色（昏暗）到黃色（最亮）。還顯示了以天文單位（AU）表示的火星與地球、地球與太陽之間的距離。從地球上看火星所出現的星座顯示為綠色。

每次火星沖日的日心經度以深灰色標記在箭頭旁邊。日心經度是以太陽為中心，從地球的春分點方向開始逆時針度量的行星所在經度（從0°到360°）。春分點是所有太陽系天體測量經度的「零點」。

字母「P」和「A」分別標記火星和地球的近日點（距離太陽最近的點）和遠日點（距離太陽最遠的點）。 2012年從地球看到的火星幾乎是處於最差的軌道位置，火星在沖日前兩周剛剛經過了遠日點。大約15年後的2027年沖日也同樣索然無味，火星的位置處在距其遠日點大致相同的角距（日心經度）上。

每當一顆外行星到達沖日點，它就位於地球天空中與太陽正相反的位置（即日距角180° ——太陽、地球和外行星在空中排列成直線）。此時，該星球整夜可見，當地日落左右在太陽的反方向升起，並於當地日出左右在太陽的反方向落下。北半球觀測者看到行星在當地午夜時分位於正南方，而南半球的人們在午夜看到它位於正北方。

1971年、1988年和2003年的火星近日點沖日在三名不同觀測者的望遠鏡中的景象。所有圖像都是南方在上，東方在右。（左）洛厄爾天文台，24英寸 Alvan Clark折射望遠鏡,（中）Tim Printy，10英寸施卡反射望遠鏡，（右）Damian Peach，10英寸施卡反射望遠鏡。

沖日是一年中觀察外行星的最佳時機。特別是對使用望遠鏡的觀測者來說，這一時刻如此重要的原因有以下幾點。首先，此時地球在全年中最接近該行星。其次，此時該行星在夜空中的視直徑是全年中最大的（即它達到了最大的表觀尺寸）。第三，行星全部照亮的一面朝向地球（即其相位為100％）。完全被照亮與行星的最大視直徑相結合，意味著這顆行星將以當年最高的視星等（亮度）閃耀，裸眼看這種效果清晰可見。在實踐中，外行星在沖日準確日期前後各1-2個月的時間段內都會最頻繁地被觀測。

由於行星軌道的偏心率，某些沖日比其他沖日更值得關注，此時行星更為明亮。軌道非常偏心的火星在這方面尤其突出，其結果就是它相鄰兩次沖日時與地球的距離相差甚多。

沖日時的地火距離可以從近日點的0.3728AU（5570萬千米）變化至遠日點的0.6780AU（1.014億千米）。火星輕鬆成為了所有太陽系行星中沖日時與地球距離變化最大的一個。這顆紅色行星沖日時的視星等從-2.9（近日點）到-1.2（遠日點）不等，這意味著火星在最近沖日點比在最遠沖日點上亮了近五倍。

火星是以15年和17為間隔，發生一組2到3次的最佳最明亮的大沖，那時它到達軌道近地點。當沖日發生在行星的近日點（距離太陽最近的點）附近時，通常被稱為近日點沖日。同樣，當沖日發生在行星的遠日點（距離太陽最遠的點）附近時，被稱為遠日點沖日。在最佳和最差沖日之間發生（即最常見）的沖日有時被稱為中間態沖日。在所有的太陽系行星中，火星的近日點和遠日點沖日特別值得注意，因為它的視直徑在這兩種情況下有很大的不同。

兩次連續火星沖日之間的時間間隔（稱為會合周期）在765至800天之間變化，平均約為780天或2年多一點，沖日日期每兩年向後推大約一兩個月。在每次沖日之間，火星都完成了繞軌一周，在到達下一個沖日點前平均沿軌道運行了408°的角距，也可以說沿行星軌道逆時針移動了約48°。從地球上看，火星則呈現出沿黃道向東方移動了一兩個星座。經過（15 + 17）=32年的周期後，火星返回到在起點±12°範圍內的軌道位置上。

火星在摩羯座或寶瓶座中發生近日點沖日，在獅子座則發生遠日點沖日。因此，在南半球觀測近日點沖日會更好，因為火星那時位於天球赤道以南。北半球觀測者能更好地觀測到火星的下次沖日，那時火星進一步向東移動，也因此位於更高的赤緯，在天空中看起來更高（火星從一個沖日到下一個沖日間不斷變化的中天高度，在很大程度上取決於觀測者所在的緯度）。因此，儘管事實上2020年沖日時的火星盤面在望遠鏡中會顯得稍小一些，但那時北半球觀測者將獲得比2018年這次「理想」沖日更好的景象。

近日點沖日通常發生在8月或9月; 在過去的50年中，它們在1971年8月、1988年9月和2003年8月出現。遠日點沖日發生在地球軌道的另一邊，即2月或3月。在過去的半個世紀里，遠日點沖日出現在1963年2月、1980年2月、1995年2月和2012年3月。

上表是火星2012年到2027年的沖日數據。赤緯是行星沖日時在天球赤道以北（+）或以南（ - ）的角度。自1995年2月的沖日以來，火星在2012年遠日點沖日的盤面是最小的; 它從2014年的沖日後又開始逐漸增大。火星盤面圖像來源於美國宇航局的太陽系模擬器，與當前火星數據表中顯示的尺寸相同。

要注意的是火星的沖日日期通常不會與它最接近地球的那一天相同。軌道的偏心率導致只有在火星恰好位於近日點或遠日點時沖日，兩者日期才會重合。基本上，在日心經度336°（在近日點處）沿逆時針方向到 156°（遠日點）的範圍內的沖日會在到達近地點之後發生。而在156°和336°之間發生的沖日則在到達近地點之前發生。

沖日日期和近地點日期之間最大的時差約為10天，發生位置是在火星軌道上距離近日點和遠日點約90°的位置（即在約66°和 246°附近）。因此，2016年5月22日的沖日，那時火星的經度為241°，近地點日期是5月31日，即沖日之後9天。反之，當火星於2022年12月8日抵達沖日點，軌道位置幾乎是2016年沖日點的對面，近地點則發生在12月1日，即沖日前7天。2018年7月27日（304°）的近日點沖日，近地點發生在僅僅4天後的7月31日。

從地球看，火星的最大理論視直徑略低於26角秒（1角秒= 1/3600度），不過這種情況極少發生，月球和行星觀測員協會（ALPO）的Jeff Beish報告稱，視直徑為 26.04角秒的超級火星在公元25695年才會有！ 2003年8月火星在寶瓶座（334°）時的沖日，是這顆行星近6萬年來最接近地球的時候。這是由於它在沖日日期後兩天就到達了軌道上的近日點。從地球上看，火星盤面的赤道直徑達到了25.1角秒。火星的下一個近日點沖日將發生在本月，該行星位於摩羯座西南部，其視直徑將達到24.2角秒，視星等為-2.8，也很不錯了。

相比之下，2012年火星遠日點沖日時的視直徑僅僅達到了13.9角秒，只比近日點沖日視直徑的一半略多一點點。這是迄今為止，所有外行星沖日時最大最明顯的尺寸變化了。

編排：邱煜欣

責任編輯：解仁江

牧夫新媒體編輯部

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