流浪的星（第二輯）

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流浪的星

行星的可見性 （接上篇）

內行星

因為內行星的軌道在地球軌道之內，它們只會在太陽兩側一定的角距離（或稱日距角）內出現。

因此，只有在日出前或日落後有限的時間段內可見。

故而，它們永遠不會出現在天空中彼此相對的位置（即金星升起時水星正落下，反之亦然）。

同理，水星和金星永遠不會在午夜出現於觀測者所在地的子午圈上或附近，除非在極地觀測。

這兩種情形都與外行星大不相同，經常可以看到外行星此升彼落，並且常常出現在午夜的子午圈上或附近。

但值得注意的是，當金星離太陽足夠遠時，有時可以在白天看到它接近子午圈。

子午圈是從南到北通過觀測者頭頂正上方的一條假想線。

一個天體在通過子午圈時達到它在天空中的最高位置；這被稱為中天時刻（小編：成語「如日中天」即由此而來）。

水星的日距角最大值（簡稱大距）在18°到28°之間變化；金星則在45°到47°之間（水星的大距數值變化幅度更大是因為它偏心軌道的結果）。

一顆行星的大距分為位於太陽東側和西側兩種情況；太陽東側對應作為昏星出現時，西側對應晨星。

根據經驗，當行星的日距角小於約15°時通常就看不見了。

內行星的出現周期如下。

行星第一次從地球和太陽之間通過的點稱為下合點。

此時前後各約一周的時間從地球無法看到此行星，從地球上看，行星通常在稍偏北或偏南處經過太陽，但偶爾內行星會直接從太陽前方通過，這叫做凌日。

此時，用安全的太陽濾鏡或通過望遠鏡投影，可以看到行星像一個小黑點緩緩地穿過太陽的盤面。

水星凌日通常發生在11月或5月；最近一次是2016年5月9日，下次會是2019年11月11日。

金星凌日要罕見得多，通常發生在6月初或12月初；最近一次是2012年6月5-6日，下次則是百年後的2117年12月11日了。

晨星

當明亮的行星在天空中彼此經過時（稱為「合」），會出現引人注目的場景。

上圖中這一對——水星和金星的相聚，發生在2004年12月末到2005年1月初的清晨。

較低且較亮的是金星。

經過下合點之後在清晨出現的行星，稱為晨星，比太陽稍早升起。

透過望遠鏡，行星看上去像個大的娥眉月，凸面朝向東方地平線下的太陽。

行星每天會逐漸遠離太陽（即它的日距角向西緩慢增加），亮度隨之逐漸提高。

在此期間，隨著行星在太空中慢慢遠離地球，望遠鏡將會顯示一個羞羞答答但卻不斷增寬的娥眉月。

最終行星到達了西大距的位置。

當水星來到其軌道的這一點時，會在日出前1小時（有時可達1個半小時）升起，這取決於觀測者的緯度；金星西大距時會比太陽早升起3小時左右。

水星在大距前持續增亮，而金星在到達太陽西方約40°時最亮（最高視星等），此時它的視直徑（從地球看到的角直徑）和28%亮面的娥眉月相位相結合，觀測效果達到最佳。

金星從此開始逐漸變暗，但仍然很明亮。

在西大距時，兩顆行星在望遠鏡中都呈現面朝東的半圓相位，即盤面有50%被照亮（理論上，內行星到達大距和呈現半圓相位的日期應該相符，但由於行星軌道的偏心率，並非經常如此）。

西大距之後，行星開始慢慢向太陽回歸（日距角緩慢縮小）。

望遠鏡中看到的變成凸圓相位，即比半圓大而比全被照亮要小），行星的視直徑減小，因為它在遠離地球。

水星繼續變亮，而金星持續變暗，兩者在晨曦中都漸漸變得更難看到。

行星於是從視野中消失並從太陽背後通過，到達所謂上合點；水星在上合點前後各有兩三周不可見，金星則有數周。

我們的內行星由此作為昏星在傍晚天空重新出現，比太陽稍晚落下，每天逐漸遠離太陽（日距角向東增加）。

透過望遠鏡，作為昏星的內行星的外觀變化過程與作為晨星時相反；它先呈現凸圓相位，視直徑在接近地球的過程中逐漸緩慢增大。

水星在此期間慢慢變暗，而金星變亮，兩者最終到達東大距。

鑒於觀測者的緯度，水星此時在日落後1小時（有時可達1個半小時）落下；金星則為約3小時。

東大距時兩顆行星在望遠鏡中都呈現朝西的半圓相位。

行星由此向太陽回歸，水星變暗，金星變亮，金星在太陽東側約40°時第二次達到其最明亮的時刻，此後便緩緩變暗。

此時望遠鏡看到的是變大但變瘦的娥眉月。

內行星於是湮沒在暮光中，從視野消失了。

不久之後，行星回到下合點開始下一個周期。

內行星的方位

http://www.nakedeyeplanets.com/inferior-planet-aspects.gif（動圖網址）

動畫顯示了內行星在兩次下合點之間的一個完整周期（即會合周期）的方位變化。

此動畫是從地球北極上方的太空觀看的視角，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（圖示情況為下合）。

請注意，從地球北極上方看去，所有大行星都按逆時針方向繞日公轉。

經過的天數（從下合點開始）專指金星；注意金星再次到達下合點時，地球公轉了1.5圈，因此會合周期是584天。

軌道未按實際比例顯示。

請注意，金星在其軌道接近地球一側，在下合點兩邊呈現娥眉月相位時最亮。

而水星則是在其軌道遠側，稍早和稍晚於上合點、呈現凸圓相位時最亮。

矛盾的是，水星最亮時實際上是看不到的，因為此時它太過接近太陽。

從地球看水星在公轉周期內的亮度變化幅度可達6個星等，這是太陽系行星中最大的視星等變化幅度。

但是，因為它接近太陽，總是處於微光中，無法很好地觀測到這種亮度變化。

在金星出現的過程中，望遠鏡觀測者會看到它的外觀從赤道視直徑約10角秒的小凸圓相位變化到約55角秒的大娥眉月相位。

這一視直徑的巨大變化（僅次於火星）主要因為金星比任何行星都更接近地球（本文第4期末尾的軌道數據表中有行星視直徑的變化）。

上述關於內行星可見周期的所有敘述可以歸納為下面的動畫，顯示了地球上裸眼或望遠鏡觀測者看到的金星（昏星）。

水星兩次下合之間的時間（一個完整的出現周期）是約116天（16周半），金星為584天（一年半多）。

從地球看到兩次相同行星方位的時間段叫做會合周期；所有行星的這些數據都在下面的軌道數據表中。

從地球上某個給定地點看到一顆行星的可能性受到其亮度、觀測點緯度和觀測季節的嚴重影響。

如上所述，當地晨昏蒙影的長度是一個因素，但同樣重要的是觀測點處黃道與地平線的交角，行星的升落都發生在那裡。

黃道可以想像成「星空公路」，它是天空中一條巨大的、看不見的正弦曲線，任何時候都只有約一半在觀測點的地平線以上。

它的最北點在雙子座，最南點在相反位置的人馬座；在這兩點，黃道變平緩，就像正弦曲線到達上限和下限（即太陽在仲夏和仲冬的位置）。

黃道相對天赤道有23.5°的傾斜（黃道傾角），這一角度在夜空中黃道與天赤道相交處最明顯。

這發生在黃道上的兩個點：接近雙魚座的頭部（太陽向北運動到春分點）和位置相對的室女座頭部附近（太陽向南運動到秋分點）。

動畫顯示了金星（昏星）的典型情景，描繪了每隔15天當地日落後45分鐘時的金星。

這次出現發生在2003年11月到2004年6月間。

大距（太陽東側46°）發生於2004年3月29日，此時望遠鏡中的金星呈現半圓相位。

這次出現以2004年6月8日金星凌日告終。

從地球上看，金星的視直徑通常在10」（上合時）到約60」（或1』，下合時）之間。

動畫中，金星的視直徑從11.4」（2003年11月30日）到55」（2004年5月28日）變化。

視星等從-3.8（2003年11月30日）變化到-4.1（2004年5月28日）。

最大亮度（-4.4等）在5月初達到。

此動畫適用於北緯52°（約相當於漠河）。

左側灰色數字（10°、20°、30°）指該緯度下天體的高度角（即地平線以上的角度）；因此2004年1月29日日落後45分鐘，金星位於西南方，高度角約23°。

在北半球，隨著從冬到夏的季節更替，變化的天空亮度導致了晨昏蒙影長度的變化。

因為行星跟在不斷變化的日落位置後面，所以要注意金星在出現過程中時在地平線上覆蓋的廣度；在金星出現的日期和時間裡，它被照亮的部分是朝向地平線以下幾度的太陽。

動畫中插入的望遠鏡圖像顯示了金星視直徑和相位的變化（這是望遠鏡看到的真實的正像，但多數天文望遠鏡顯示的是倒像）。

作為參照的亮星有壁宿一（Algenib,飛馬座γ）、婁宿三（Hamal,白羊座α）、昴星團（Pleiades,金牛座）、畢宿五（Aldebaran,金牛座α）、五車五（AlNath,金牛座β）、井宿三（Alhena,雙子座γ）、參宿四（Betelgeuse,獵戶座α）。

金星和地球的公轉周期的關係恰好是13個金星年（13×224.7天=2921天）約等於8個地球年（8×365.25天=2922天）。

所以，從地球上看，金星每隔8年會出現在天空中幾乎同樣的位置。

因此這裡顯示的昏星在2011年到2012年重複出現了，日期只差了一兩天（又發生了另一次金星凌日）。

由於金星和地球軌道的關係並不精確，凌日並不是每8年都會發生。

2012年以後，直到2117年都沒有金星凌日出現。

每8年中，金星作為晨星和昏星各出現5次。

當然，根據觀測點緯度、一天中的時間以及一年中的季節，在行星升落點處的黃道與地平線有不同的夾角。

如果水星或金星位於一個在它升落時黃道與地平線夾角小的星座中，它在晨昏光中的位置將會很低，而且只有很短時間可見（如果可見的話）。

另一方面，黃道與地平線夾角大則意味著行星在晨昏光中位置比較高，所以可見時間長。

因此在某些季節，即使內行星到達大距，在晨昏光中也會位置較低，而其它季節，則在日出前或日落後高掛天空。

在這方面，水星特別容易發生可見性的問題，因為它從不遠離太陽。

它通常每年作為晨星和昏星各出現3次，對地球上某一地點，這些機會中大約只有一半可以觀看。

北半球觀測者的最佳時機是3、4月的傍晚和9、10月的黎明；南半球是3、4月的黎明和9、10月的傍晚。

事實上，由於水星相對於地球的軌道偏心，最佳的大距（離開太陽約28°）觀測在是南半球。

因為金星軌道很接近正圓（它在行星中軌道偏心率最小），而且其日距角比水星大得多，它的觀測沒有南北半球的差異；所以兩個半球都有大致相同的機會在最佳時機觀測這位「女神」。

水星升起

顯示了這顆最內側行星的可見性如何受到緯度和當地季節的巨大影響。

圖中表現了南北半球4月中旬（北半球春季和南半球秋季）清晨面向東方的景象。

太陽在地平線下約6°，所以兩者在天空中亮度相同。

水星接近西大距，位於雙魚座內黃道南側一點（由於晨光，星座中的星不可見）。

在北緯50°，日出前約36分鐘，黃道與地平線交角小導致水星在低空中很微弱，高度角約2°。

在明亮的晨光和地平線附近的霧靄中幾乎不可見。

水星在地平線上只出現約15分鐘。

在南緯35°，日出前約26分鐘，黃道與地平線交角大，使得水星高掛在天空（高度角約18°），在較黑的天空中更易發現。

水星在地平線上可出現達一個半小時左右。

兩圖中，恆星和行星的升起方向用箭頭指出（天體沿平行於天赤道的方向從東向西穿越天空）。

天赤道與地平線的夾角終年不變（這由觀測點緯度決定），但黃道與地平線的夾角在一天中都有不同，並隨季節變化；這種不同表現在東方和西方的地平線。

因此，對某一給定的緯度，水星在某些季節比另一些季節更易看到。

（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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