流浪的星（第三輯）

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流浪的星

——裸眼可見行星的運動和可見周期（三）

行星的可見性（接上篇）

外行星

與內行星不同，外行星可以出現在任何日距角的位置（可達180°），所以它們通常在大部分夜晚時間都可見。

外行星的周年運行過程如下。

從太陽背後經過（上合，此時不可見）之後，行星作為晨星在黎明出現，比太陽稍早升起。

它緩慢地遠離太陽，每天更早一點升起（一般是幾分鐘），其日距角向西慢慢增大。

直到它在午夜後就已升起，整個後半夜都可見。

當行星到達太陽西側90°的所謂「西方照」位置時（日距角=西90°），它在午夜升起。

它繼續每天更早升起，最終到達沖日（簡稱沖）點，此時它與太陽在天空中處於相反位置（日距角=180°）。

這時行星整夜可見，日落時升起、日出時落下。

在北半球，行星在午夜時位於正南；在南半球則位於正北。

沖的時候，太陽、地球和該行星在太空中成一條直線。

外行星的方位

動畫顯示了外行星在兩次沖日之間的一個完整周期（即會合周期）中的方位變化。

此動畫是從地球北極上方的太空觀看的視角（動畫中為木星），並隨地球公轉移動。

藍線標明了兩顆行星最初與太陽成一條直線時的會合方位（即沖）。

經過的天數（從沖開始）專指木星；請注意，完成一周公轉後，地球必須多運行34天才能追上木星而形成下一次沖，因此會合周期是399天。

軌道未按實際比例顯示。

對使用望遠鏡的行星觀測者來說，外行星的沖日是個重要時刻，原因有以下幾點。

首先，此時地球在一整年中離行星最近。

其次，此時行星在一整年中看上去最大（即達到其最大視直徑）。

第三，此時行星完全被照亮的一面朝向地球（即行星相位=100%）。

全被照亮加上最大視直徑，意味著此時行星達到一年中的最高視星等（亮度）。

對裸眼觀測者來說，行星的亮度是其沖日時最突出的特性；確實，看到一顆明亮的行星在日落後從太陽正對面升起，對裸眼觀星者來說時全年的精彩時刻之一。

由於行星軌道的偏心（非正圓），某些沖日比其他的更精彩，此時行星比其他沖日的時候更明亮。

尤其是偏心率大的火星，其結果是，在每次沖日的時候它到地球的距離大不相同。

一顆行星在其軌道上離太陽最近的點叫近日點，最遠的叫遠日點。

發生在行星近日點或遠日點附近的沖有時也稱為近日點沖或遠日點沖。

火星的最佳沖日（近日點沖，或叫大沖）大約每15年出現一次，當火星位於寶瓶座時，大沖發生在8月或9月（上次出現在2003年，2018年和2035年會再出現）。

最差的沖（遠日點沖）發生在獅子座（2012年出現）。

木星的大沖發生在它位於雙魚座或白羊座時，時間是9月或10月（上次在2010和2011年）。

土星有兩次大沖時間，在其軌道的相對兩側，此時它的光環充分展開。

分別發生在金牛座或雙子座（12月-1月沖日）和天蠍座、蛇夫座或人馬座（6月-7月沖日）。

土星上次最亮的沖發生在2002年末，今年也是它的大沖之年。

沖日之後，外行星變成昏星，在日落前升起。

隨著它繼續每天提前升起，它的日距角開始從沖日時的最大值180°慢慢減小，向太陽靠近。

當它到達太陽東側90°（東方照）時，行星在午夜左右落下。

隨著行星繼續接近太陽，它在日落後仍可見，但只有幾個小時時間。

再後來它緊隨著太陽落下，最終消失在暮光中，並從太陽背後通過，重新回到上合點。

行星在上合點前後各有數周不可見。

新的一輪周年運行便又開始了。

不同於內行星，從地球看外行星不會呈現峨眉月或半圓相位。

它們可能有凸圓相位（略少於滿圓）或全被照亮的相位（100%照亮的盤面或相位=1.0）。

外行星的最小相位出現在東方照或西方照時，即從地球看去在太陽東側或西側90°處。

外行星中火星在方照相位時被照亮部分最小，因為它是離地球最近的外行星。

行星距離越遠，在望遠鏡中的凸圓相位越不明顯；因此，火星可呈現小至84%的相位（相位=0.84），以致它在望遠鏡中明顯不圓，而其他外行星的方照相位不少於99%（相位=0.99），雖然嚴格說來還是凸圓，但在望遠鏡目鏡中已無法看出與正圓的區別了。

陰影捉迷藏：方照時的土星

上圖顯示了為何在方照時最容易從地球看到土星球體投射在光環上的陰影。

在地球軌道上會有兩個位置發生方照：東側和西側。

圖示為東方照的情況。

沖日時，太陽、地球和土星在太空中成一條直線，土星環上的陰影與來自地球的視線（藍線）方向相同；因此此時從地球看不到光環上的陰影。

方照時，陰影與視線傾斜相交，一部分光環上的陰影就可以在球體一側見到；在東方照時，光環上的陰影出現在球體東側（圖中紅箭頭所指）。

方照時土星也會顯得略小，因為此時離地球較遠。

光環上的陰影是否可見取決於此時土星環對地球的相對傾角；此角度在一個土星年中會不同。

光環相對傾角越大，方照時可見陰影越多；因此在地球穿越光環所在平面的前後是看不見陰影的。

西方照時情況相同，只是此時陰影落在球體的西側。

上圖中土星的望遠鏡圖像是筆者2004年拍攝的視頻截圖。

示意圖未按實際比例繪製。

上圖：NASA的卡西尼探測器於2007年1月拍攝的光環上陰影的照片。

(Image: NASA/JPL/Space Science Institute)

儘管外行星的方照對裸眼觀星者來說多少有些縹緲，但它對望遠鏡觀測者卻很有意義，因為這是觀看與行星陰影相關事件的最佳時機。

可以看到木星的衛星在經過木星背後時被其陰影遮蔽；同樣地，當它們從木星前方通過時，能看到衛星在木星盤面投下陰影，這被稱為木衛影凌木。

土星有其獨特的陰影特徵：太陽光使土星球體在其光環上投下陰影。

從地球上很難看到這一特徵，因為光環有陰影的一側總是背離地球而被土星球體遮擋。

但是，在方照前後，只要光環向地球方向傾斜，陰影的一部分就可得一瞥。

由於外行星的軌道在地球之外，從地球看它們不存在下合（經過地球和太陽之間）。

同樣地，從地球看內行星也不存在沖或方照的情況。

當外行星在黎明的天空出現（上合後）或在黃昏的天空消失（上合前），由於晨昏光和黃道與地平線交角的影響，它們與內行星一樣有可見性的問題。

但是，對外行星來說問題小得多，因為在一年中的其他大多數時間我們都能很好地看到它們，而且它們出現在太陽附近時總是離我們更遠因而並非最佳時機，何必執著於此呢？

除火星外所有外行星的會合周期都比內行星短。

火星是個特例，因為它是最接近地球的外行星，而且在夜空中移動得比其他外行星更迅速。

事實上，火星具有所有行星中最長的會合周期——780天（2年又7周），所以只有隔這麼久才能看到它的最佳狀態（沖日前後）。

兩次沖日之間，火星大部分時間都是昏暗而遙遠的，運行於其軌道上遠離地球的一側，在太陽附近閒逛。

這些時候，難以將它與略亮於北極星（視星等+2.0）的普通紅色恆星區別開來。

火星戲劇性的亮度差異與它獨特的顏色和巨大的視直徑變化幅度（所有行星中最大）結合起來，成為了夜空中一個值得注意的景觀。

（未完待續）

http://www.nakedeyeplanets.com/movements.htm#inferiorplanets

作者：Martin J. Powell

翻譯：王克義

校譯：馬明陽

編排：邱煜欣

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