見過行星凌日,你見過行星凌行星嗎?

2020-12-06 中國科普博覽

出品：科普中國

製作：尞祡、haibaraemily

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

雙十一夜裡，在大家紛紛忙著剁手之際，北京時間2019年11月11日晚8點多到次日凌晨2點多，水星從地日連線之間飛過，也就是所謂的「水星凌日」。

從地球的角度看去，水星這顆小點慢慢飛入巨大的太陽前面，然後一點一點飛出，整個過程歷時約5.5個小時。

△水星凌日位置預測圖，藍點表示水星，兩點之間的位置間隔約30分鐘，UTC時間12:39對應同天的北京時間20:39。來源：SDO [1]

如果你覺得這樣的場景似曾相識的話——對的，我們探測系外行星的一大法寶「凌星法」，用的就是這個原理：太陽系外的恆星，也會周期性地被環繞它們的行星遮擋住一部分光芒。已退役的克卜勒探測器就是用這種方法發現了2662顆系外行星（詳見： 再見克卜勒，感謝你告訴我們不孤獨 ）。

視頻連結：https://v.qq.com/x/page/x1340f353c7.html

凌星法探測系外行星的原理示意。來源：NASA[2]

如果你發現並沒有看到的話——也很正常，這次水星凌日發生在我國境內的夜晚，因此整個水星凌日期間在我國境內都不可見（看不到太陽還看個啥凌日對吧）。

△本次水星凌日可見區域（黃色）的隨時間的變化，中國境內全程不可見。來源：timeanddate [3]

不過即使沒有親眼看到，也不必太遺憾。2010年發射，至今依然在軌工作的太陽探測器——NASA的太陽動力學天文臺（SDO），記錄下了整個水星凌日期間多個波段下的情狀。新鮮燙手，即刻重溫：

視頻連結：https://v.qq.com/x/page/h30200jzgac.html

△2019水星凌日回顧。來源：NASA [4]

一個很自然的疑問產生了：行星凌日好像時不時就發生一次，但我們怎麼好像就沒見過行星凌行星呢？

這個感覺是對的：目前還活著的地球人，還真的就沒有一個親眼見過行星凌行星的。

但中國古代的人很可能見過，這在史書裡有記載。

「凌」星這個現象在中國古代叫「掩（奄）」星，字面意思來看就是一顆星擋住了另一個星。如果兩顆星角距稍微再遠一點的話，就叫「犯」。

中國科學院劉次沅先生曾在《二十四史行星掩星考證》裡統計了二十四史中留下的掩星記載。據劉先生的考證，二十四史中行星掩星（包括掩恆星）的記錄有88條，其中行星掩行星的記錄共11條[5]。

但這些確實是掩/凌星事件嗎？不一定。

實際上，古代的掩星記錄比實際的現代天文推算出的掩星事件要寬很多。因為肉眼觀測的理論分辨極限是1角分，也就是說，兩顆星的角距在1角分之內的話，肉眼都覺得是掩住了（但是按今天的標準，那些都不一定是掩/凌星），再加上行星通常較亮，即使兩顆行星的角距比1角分還大一些，肉眼其實也可能分辨不出來。

劉次沅先生用NASA噴氣動力實驗室的DE102星曆對這些記錄逐一進行了推算考證。

△二十四史中的11處行星掩行星記錄，兩條灰色的記錄明顯應當是「犯」而不是「掩」。值得一提的是，從現代天文學的角度看來，木星掩火星其實是不可能的（因為木星比火星還要遠），但由於中國古代似乎並不知道木星和火星的遠近，所以也分不清楚當兩顆星角距很近的時候是誰掩了誰。整理自：[5]

按照如今的星曆數據推算，這11處記錄中有2條中的兩星角距分別高達1.2度和15角分，顯然不可能是「掩」，而應該是「犯」，除了可能的肉眼觀測誤差之外，劉先生認為也可能是史書轉抄引起的筆誤。

那其他9條記錄呢？按照如今的星曆數據反推，似乎只有《金史》中記載的1170年9月12日木星掩火星確實屬於「掩/凌」。

對，11條記錄裡可能有10條都不是。

為什麼說「可能」呢？

因為用如今的星曆推算的過往「掩/凌」星事件也是不準確的，隨著軌道誤差的累積，距我們越遙遠的天文事件，推算的誤差就越大。

也就是說，古人記載的是真的「掩/凌」星，但我們用現代星曆反推出來的結果因為誤差太大體現不出來了，這種可能性也是不小的。

但反過來，僅僅因為古代觀測的標準更「寬鬆」，就說實際發生過的行星掩/凌行星事件比中國古代記載的少很多，這個倒也不是。

因為並不是所有實際發生過的凌星事件，都會被觀測到。或者說，漏記是不可避免的。

通過現代星曆的推算，我們可以粗略推算出上下2000年裡發生過的行星凌行星事件。

△公元1-4000年裡發生的行星凌行星事件。不同顏色代表不同行星（灰橙紅綠黃青藍=水金火木土天海），上下分別表示掩（凌）和被掩（被凌）。來源：Occultation軟體計算，EasyNight繪製[6]。CC BY-NC-ND 3.0

從公元1-4000年，從地球的視角來看，一共會發生116次行星掩/凌行星事件。

距離我們最近的一次是1818年1月3日的金星掩木星，甭管那時候有沒有人看到過，ta肯定活不到現在。

而下一次行星掩/凌行星將會發生在2065年11月22日，依然是金星凌木星。

至於這次的水星凌日嘛…平均每個世紀大約會發生13次水星凌日，上一次水星凌日發生在2016年5月9日，下一次水星凌日則要等到13年後的2032年11月12-13日。

親愛的觀眾朋友們，鍛鍊身體，都有希望！

參考文獻：

[1] http://sdoisgo.blogspot.com/2019/10/mercury-transit-november-11-2019.html

[2] https://exoplanets.nasa.gov/alien-worlds/ways-to-find-a-planet/#/2

[3] https://www.timeanddate.com/eclipse/transit/2019-november-11

[4] https://www.youtube.com/watch?v=0yNzSwlnQ2Q

[5] 劉次沅, & 賽德曼. (1988). 二十四史行星掩星考證. 自然科學史研究, (2), 128-134.

[6] https://weibo.com/5456131713/GoD8uB60Q

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