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火星冲日——15年中最大最亮的火星三周后出现
 
http://www.nakedeyeplanets.com/mars-oppositions.htm

作者:Martin J。 Powell

翻译:马明阳

校对:王克义

上图显示了2012年至2027年间的火星冲日。每次冲日时火星的相对亮度由日期标签的颜色体现出来,从橙色(昏暗)到黄色(最亮)。 还显示了以天文单位(AU)表示的火星与地球、地球与太阳之间的距离。 从地球上看火星所出现的星座显示为绿色。


每次火星冲日的日心经度以深灰色标记在箭头旁边。 日心经度是以太阳为中心,从地球的春分点方向开始逆时针度量的行星所在经度(从0°到360°)。春分点是所有太阳系天体测量经度的“零点”。

 

字母“P”和“A”分别标记火星和地球的近日点(距离太阳最近的点)和远日点(距离太阳最远的点)。 2012年从地球看到的火星几乎是处于最差的轨道位置,火星在冲日前两周刚刚经过了远日点。大约15年后的2027年冲日也同样索然无味,火星的位置处在距其远日点大致相同的角距(日心经度)上。

 

每当一颗外行星到达冲日点,它就位于地球天空中与太阳正相反的位置(即日距角180° ——太阳、地球和外行星在空中排列成直线)。 此时,该星球整夜可见,当地日落左右在太阳的反方向升起,并于当地日出左右在太阳的反方向落下。 北半球观测者看到行星在当地午夜时分位于正南方,而南半球的人们在午夜看到它位于正北方。


1971年、1988年和2003年的火星近日点冲日在三名不同观测者的望远镜中的景象。 所有图像都是南方在上,东方在右。(左)洛厄尔天文台,24英寸 Alvan Clark折射望远镜,(中)Tim Printy,10英寸施卡反射望远镜,(右)Damian Peach,10英寸施卡反射望远镜。

 

冲日是一年中观察外行星的最佳时机。特别是对使用望远镜的观测者来说,这一时刻如此重要的原因有以下几点。 首先,此时地球在全年中最接近该行星。 其次,此时该行星在夜空中的视直径是全年中最大的(即它达到了最大的表观尺寸)。 第三,行星全部照亮的一面朝向地球(即其相位为100%)。 完全被照亮与行星的最大视直径相结合,意味着这颗行星将以当年最高的视星等(亮度)闪耀,裸眼看这种效果清晰可见。在实践中,外行星在冲日准确日期前后各1-2个月的时间段内都会最频繁地被观测。

 

由于行星轨道的偏心率,某些冲日比其他冲日更值得关注,此时行星更为明亮。轨道非常偏心的火星在这方面尤其突出,其结果就是它相邻两次冲日时与地球的距离相差甚多。

 

冲日时的地火距离可以从近日点的0.3728AU(5570万千米)变化至远日点的0.6780AU(1.014亿千米)。 火星轻松成为了所有太阳系行星中冲日时与地球距离变化最大的一个。 这颗红色行星冲日时的视星等从-2.9(近日点)到-1.2(远日点)不等,这意味着火星在最近冲日点比在最远冲日点上亮了近五倍。

 

火星是以15年和17为间隔,发生一组2到3次的最佳最明亮的大冲,那时它到达轨道近地点。 当冲日发生在行星的近日点(距离太阳最近的点)附近时,通常被称为近日点冲日。 同样,当冲日发生在行星的远日点(距离太阳最远的点)附近时,被称为远日点冲日。 在最佳和最差冲日之间发生(即最常见)的冲日有时被称为中间态冲日。 在所有的太阳系行星中,火星的近日点和远日点冲日特别值得注意,因为它的视直径在这两种情况下有很大的不同。

 

两次连续火星冲日之间的时间间隔(称为会合周期)在765至800天之间变化,平均约为780天或2年多一点,冲日日期每两年向后推大约一两个月。 在每次冲日之间,火星都完成了绕轨一周,在到达下一个冲日点前平均沿轨道运行了408°的角距,也可以说沿行星轨道逆时针移动了约48°。 从地球上看,火星则呈现出沿黄道向东方移动了一两个星座。 经过(15 + 17)=32年的周期后,火星返回到在起点±12°范围内的轨道位置上。

 

火星在摩羯座或宝瓶座中发生近日点冲日,在狮子座则发生远日点冲日。 因此,在南半球观测近日点冲日会更好,因为火星那时位于天球赤道以南。 北半球观测者能更好地观测到火星的下次冲日,那时火星进一步向东移动,也因此位于更高的赤纬,在天空中看起来更高(火星从一个冲日到下一个冲日间不断变化的中天高度,在很大程度上取决于观测者所在的纬度)。 因此,尽管事实上2020年冲日时的火星盘面在望远镜中会显得稍小一些,但那时北半球观测者将获得比2018年这次“理想”冲日更好的景象。

 

近日点冲日通常发生在8月或9月; 在过去的50年中,它们在1971年8月、1988年9月和2003年8月出现。远日点冲日发生在地球轨道的另一边,即2月或3月。 在过去的半个世纪里,远日点冲日出现在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年的冲日数据。赤纬是行星冲日时在天球赤道以北(+)或以南( - )的角度。自1995年2月的冲日以来,火星在2012年远日点冲日的盘面是最小的; 它从2014年的冲日后又开始逐渐增大。火星盘面图像来源于美国宇航局的太阳系模拟器,与当前火星数据表中显示的尺寸相同。

 

要注意的是火星的冲日日期通常不会与它最接近地球的那一天相同。轨道的偏心率导致只有在火星恰好位于近日点或远日点时冲日,两者日期才会重合。基本上,在日心经度336°(在近日点处)沿逆时针方向到 156°(远日点)的范围内的冲日会在到达近地点之后发生。而在156°和336°之间发生的冲日则在到达近地点之前发生。

 

冲日日期和近地点日期之间最大的时差约为10天,发生位置是在火星轨道上距离近日点和远日点约90°的位置(即在约66°和 246°附近)。 因此,2016年5月22日的冲日,那时火星的经度为241°,近地点日期是5月31日,即冲日之后9天。反之,当火星于2022年12月8日抵达冲日点,轨道位置几乎是2016年冲日点的对面,近地点则发生在12月1日,即冲日前7天。2018年7月27日(304°)的近日点冲日,近地点发生在仅仅4天后的7月31日。

 

从地球看,火星的最大理论视直径略低于26角秒(1角秒= 1/3600度),不过这种情况极少发生,月球和行星观测员协会(ALPO)的Jeff Beish报告称,视直径为 26。04角秒的超级火星在公元25695年才会有! 2003年8月火星在宝瓶座(334°)时的冲日,是这颗行星近6万年来最接近地球的时候。 这是由于它在冲日日期后两天就到达了轨道上的近日点。 从地球上看,火星盘面的赤道直径达到了25。1角秒。火星的下一个近日点冲日将发生在本月,该行星位于摩羯座西南部,其视直径将达到24。2角秒,视星等为-2。8,也很不错了。

 

相比之下,2012年火星远日点冲日时的视直径仅仅达到了13。9角秒,只比近日点冲日视直径的一半略多一点点。这是迄今为止,所有外行星冲日时最大最明显的尺寸变化了。


原文链接

http://www.nakedeyeplanets.com/mars-oppositions.htm

 

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