2008年7月2日星期三

观星基础15:行星的视运动

行星的视运动

本篇内容内容来自《大众天文学》

对于行星的观测,最足以引人注目的便是它们的运动,或者说,它们对于固定恒星的位移。如果追随某一颗行星一些时候,你便会发觉它有时向东方移动,有时又作短暂的停留,然后又向西方移动,再作短暂的停留,接着又再像以前那样运动。试看一看金星,西方人叫做牧人的星。在某一个晴朗的傍晚,它出现在西方的昏光里, 它愈来愈远地离开了落日,在天空中愈来愈高,在太阳落下以后两小时、两小时半以至三小时多才落下去;跟着它又慢慢地和太阳接近,终于沉没在日光里。可是再过几个星期,这颗明亮的行星早上却在太阳的前面东升,在黎明的曙光里放出光辉。至于水星,总是在太阳的光辉里,很难脱离;你刚刚有两三个夜晚看见它,它又回到太阳的光辉里去了。正好与此相反的是,如果你观测的对象是土星,即使过了几个月,它在天穹上也只缓缓地移动很小的距离。行星的运动和光辉,使人对经予它流浪者的名称,附以各种想像,认为它具有无限力量,象征某些神灵。金星发出雪白耀眼的光芒,无上美丽,成为众星中的女王;木星仪态万方,好像在12年的周期里登上帝王的宝座一样;火星发红光,代表战神;土星是古人知道的行动最慢的行星,象征时间和命运;水星(众神的使者,商人和小偷的神)动作敏捷,光辉灿烂,今天跟在太阳神阿波罗的后面,明天又会在他前面升起。人们根据各个行星所代表的神,给予它们不同的性格、权力和称号。许多世纪以来,人们总把它们当做神灵来崇拜。

古人已经注意到,肉眼可见的行星总是离黄道不远,它们离开天球上这个大圆的南北都绝不超过8°30'。设想在黄道两旁画两条线,围出宽17°的经天一周的一条带,于是行星都在这条带内运行。这一条带叫做黄道带Zodiaque),这个名称是从希腊字Zoon(“动物”)而来的,因为这条带内的星座大部分都是动物的形象。古人把这个黄道大圈分为12个部分,其中每一份是太阳每一月的居处。天王星和海王星是近代天文学家所发现的行星,它们的运行也在黄道带内。但是冥王星和在火、木两行星之间运行的一些小行星,因轨道倾斜度大,会走出黄道带去。至于彗星,甚至可以走到黄道的两极。

用肉眼观察古人已知的行星是不难的,只要你学会了辨认它们的颜色和它们稳定的星光,以及它们在天上大约的位置,你便可以观察到它们。如果人们因好奇想观赏这些天上的“地球”,只需参考一本天文年历,便不难明了行星在天上的视行。

(木星冲日)这是它和地球距离最近,也是它看上去最亮的时候。这时木星整夜可见,约在半夜中天。这是观测它表面物理情况最好的时候。上面所说的这两句话,同样可以适用于别的外行星,如火星和土星,在冲日时比在别的时候更容易观测它们的表面情况。

很久以来,日、月和大行星都各有公认的符号代表它们。太阳的符号是一个圆轮,几千年前古埃及人便已经使用。月亮的符号是娥眉月的形状,古代的民族都使用这样的符号。水星符号的来源是一根两条蛇缠绕的杖;金星的符号是一面镜子,或是生殖的象征(圆圈下面放一个十字,起源于古埃及);火星的符号是一枝矛;木星的符号是宙斯(Zeus)的第一个字母;土星的符号是一把镰刀。17世纪的时候,人们开始把地球当做一个行星,它的符号是圆球上加一个十字。18世纪发现了天王星,太阳系内便增加了一个行星,人们把发现者的名字赫歇尔的第一个字母作为它的符号。1846年发再现了海王星,它的符号是海王神的三齿叉。最后,冥王星的符号是由代表这颗行星的拉丁文字的头两个字母组合而成的,同时也是预言这颗行星存在的洛威尔(Percival Lowell)的姓名的简写。
















































































































































































图53:太阳、月球、行星所代表的神及它们的天文学符号

因为水星急速地运动,好像在和我们玩捉迷藏的游戏。它刚刚出现,又很快隐藏,在落日的光辉里闪耀一下它的光芒,然后又迅速融合在阳光里,过几天又出现在破晓的东方天空,有时是昏星有时又是晨星。

水星运行的敏捷给予代表它的墨丘利神以种种相应的性格。人们给他脚上装了一双翅膀,把他看成是神灵的使者。他也是商人、医生的保护神,甚至是小偷的保护神!他的有两蛇缠绕的杖,今天还用来装饰药剂师的门楣,也是今天天文年历里代表水星的符号。

我们现在谈到太阳系里的第二颗行星。金星的轨道在水星的轨道之外,我们看金星距离太阳的角度也会大些,这角度可大到48°。因此晚间金星在太阳西下以后才下落,或早晨在太阳东升以前就出来了,这期间的时间差达到3小时以上。我们可以在黄昏结束后黑夜的西天上,也可以在黎明以前东方的夜空中看见金星。

金星的光辉很强,只要在大气清洁透明,而且金星距离太阳相当远的时候,甚至在白天我们也可以用肉眼看见它。在地中海边,那里以天气晴朗著名,有“天文学摇篮”的称号;或者在高山上,那里的天穹比海边还蔚蓝;在中午,金星也常会引起没有存心去看它的人的注意。黑夜里,金星像远处的灯塔一样,能使所照的物体产生阴影。在两次世界大战期间,有不少侦察员把金星误认做一架飞机。

人们在望远镜里第一次看见金星,常会产生一种幻觉,以为他所看见的是月亮,这是很容易理解的。

火星与太阳之间的距离,由近日点的2.07亿千米,而至远日点的2.49亿千米。这样椭长的轨道和以长轴为直径所作的圆相差很大,在短轴的顶点处这差异可达100万千米之多。

每年829日地球经过太阳和火星轨道的近日点之间。如果那时候火星正在近日点,那么我们便可以观测到一次近点冲(大冲),火星距离地球便只有5600万千米。火星在宝瓶座内大放光明,在望远镜里它那染有斑点的红色圆轮,视直径25"。那时火星整夜可以被看见,给我们以最好的观测机会。自然,火星很难得刚好在近日点相冲。(最近一次火星大冲发生在2003829日)

如果829日火星不在近日点,而在太阳的那一面正相反的一点,于是发生远点合,火星和地球的距离达到最大的数值4亿千米。它的圆轮小到3".5,因其靠太阳太近,几个月内人们不能看见它。

2年零2个月火星冲日一次。

最宜于物理观测的冲日是在8月和9月里的冲日。那时火星对着我们的正是它的南半球。当远日点附近的冲日恰好在2月和3月里的时候,火星和地球的距离至少有1亿千米,圆轮的直径只有14"。那时它以北半球对着地球,无怪乎我们对于火星南半球的形态比北半球更清楚些。每隔15年,冲日的日期大约再回到每年中与前次冲日相近的日期。(所以下一次大冲在 2018年)

因为外行星不会在太阳和地球之间经过,我们绝不会看见它们呈现娥眉或弦月的形象,它们的位相很不显著。

木星的光辉是耀眼的,它像金星那样可以使它所照射的东西产生影子,可是我们想不到这远方世界里有那样奇特的巨大星体。只需使用一个小型望远镜,就可以把这一点扩大成一个圆球形状,而且可以看见陪伴着它运行的四颗大卫星。如果再从天文望远镜里去看木星,那将是怎样动人的情景啊!我们看见一个世界庄严地前进,一下就看出它那类似球体、两极略微扁平的形状和赤道带上弥漫的云雾。每个人都贪看不忍离开,这真是难忘的景象!

古人把金星取名为维纳斯,特别把天上的宝座留给奥林匹亚的主宰朱庇特(木星,即众神的父亲和主宰)。现今的科学家仍然把木星保留在古代天文学家所旋转的崇高地位上。(木星是太阳系最大的行星,木星质量是) 所有行星的质量加在一起的两倍半。因此木星成了太阳系里摄动的主要因素。

木星环绕太阳运行的周期是1110个月零17 日。……它的会合周期是1年零34日,期间顺行278日,逆行121日。每一年内木星跨过一个黄道星座。每年的冲日期大约较前一年迟一个月,例如 (200766日是最近一次木星冲日,下一次是200879日,近期木星冲日的时间见表4)。一般来说,冲日的那一天和以后的三个月是最适宜在晚间作物理观测的时期。有小型望远镜的人,从木星和它的卫星时常变化的象里,得到永久常新的乐趣。

木星的轨道和黄道相交的角度只有1°18'31",所以古人把它叫做是黄道里的行星。

木星球体的扁平形状是很显著的,即使在小型望远镜里也看得出来,据计算这扁度约为1/15。在5.2天文单位的平均距离处,赤道径是38",两极径只有35".5。在冲日时它对于地球的平均距离降到4.2天文单位,这两种直径各为47"44"

土星和围绕着它的光环,是天文爱好者在望远镜里所看见的最美丽的天体。形态稳定,比例恰当,真是一件完美的艺术品。老练的观测家虽然千百次地看见过土星进入他望远镜的视场里来,但还是会像从前一样发出赞美的呼声。

土星没有木星那样明亮,它的亮度较暗而且较冷。中世纪的星占家以为土星具有恶魔般的影响,它是掌管时间和命运之神,对于它所控制的生命,是只会给予灾祸的。

土星的公转周期是29年又167日,它的冲日会合周期是378日,或1年零13日。土星在黄道的每一个星座里平均有2.5年之久。因为它的轨道的交角只有2°30',它总是离黄道不远,可是还不及木星那样贴近黄道。它的冲日期每年比前一年推迟13……土星在一会合周期里顺行240日,逆行138日。

天王星西名乌拉诺斯(Uranus),西方神话中乌拉诺斯是萨图恩(土星)的父亲,萨图恩又是朱庇特(木星的父亲)。天王星绕太阳运行一周需84年,亮度 5.7等。它经过黄道星座亮星很少的区域时,没有很早地引起观测者的注意,是一件令人诧异的事。在望远镜发明以前,天王星被人发现应是可能的事。

54:旅行者2号飞船1986年拍的天王星

海王星在距离我们40亿千米以外,是肉眼绝对看不见的,可是它影响了天王星的运动。于是数学家说这影响的原因,是由于天王星轨道以外的另外一颗行星,它造成了我们所观测到的效果,由效果来推求原因,这颗行星必定会在天空中的某一点。于是人们把望远镜指向这一点,去寻找这一颗未知的行星,还不到1小时,果然把它找着了。(人们用罗马神话中的涅普顿[相当于希腊神话中的波赛冬]称呼海王星。)

55:旅行者2号飞船拍的海王星

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