太陽系的行星
太陽系原先分為九大行星,以地球為界分為地內行星和地外行星。地內行星只有水星還有金星,地外行星就是火星,木星,土星,天王星,海王星和冥王星。2006年8月24日下午,在第26屆國際天文聯合會通過決議,由天文學家投票正式將冥王星劃為矮行星,冥王星自行星之列中除名。太陽系就只剩下八大行星了。
行星在繞著太陽運行時,從地球上觀看行星,會有許多有趣的天文現象。相對來說,地內行星的相對運動更少一點。從地球上來只有上合,下合還有東大距,西大距等幾種現象。地外行星的相對運動現象多一點,本文用不到就不做贅述了。為什麼水星這麼難發現,但是最近金星卻這麼容易發現,每當太陽落山後,就在西天。特別的亮,可以說是天上除了太陽月亮以外最亮的星星了。我們之所以看到金星比較容易是因為金星處在東大距的時候。也就是說這時候金星與太陽離的高度差最大的時候。目前金星的亮度到了最大的-4.8附近,白天肉眼也是可以看見金星的。筆者多次觀測,正午以及下午的時候金星都可以看見。本文不做贅述,以後會介紹如何白天觀測金星。
水星的構成
水星的大氣非常少,主要成分為氦(42%)、鈉(溫度高呈現氣態金屬狀)(42%)和氧(15%),資料來自百度百科,我也很好奇為什麼沒發生化學反應……而且在白天氣溫非常高,平均地表溫度為179℃,最高為427℃,最低為零下173℃,因此水星沒有像金星一樣厚厚的大氣層,不利於反光。因此,從結構上說,沒有金星容易反射太陽光。
如下圖,金星是除了太陽月亮最亮的星星。
金星的運動狀態,一年之中除了夏天看到了長庚星,還有冬天看到的啟明星以外。金星跟太陽還有上合和下合的現象,這時候從地球的角度看金星和太陽是重合的。根本就無法觀測。每年金星的上合下合現象,都各持續半個月左右。
什麼是東大距與西大距
東大距跟西大距是地內行星運動的極限狀態,也就是地內行星運行到極限點。也就是地內行星軌道跟地球位置想切的時候。如上圖,金星運行到位置1,位置2,位置3的時候,角1與角2都小於東西大距對應的28度。在這些位置的時候,水星與太陽的高度差,都達不到28度。實際上水星的軌道,每轉一圈它的長軸也略有轉動。長軸的轉動,導致水星東西大距的時候並不是總是28度,有時候也就是18度。因此我們平時說水星的東西大距角度在18到28度之間變動。
金星東大距是指金星在太陽的東面,同時從地球看去,金星與太陽的張角最大。當一顆內側行星在日落後能看見時,它通常是接近東大距,而在日出之前能看見時,則是接近西大距的時候。大距(東大距或西大距)的數值,對水星是在18° 和28°之間;對金星則是在45° 和47°之間。這個數值的變化是因為行星的軌道是橢圓形,而不是完美的圓形的緣故。同樣是內行星,金星和水星有著太多的不同,金星大距較水星大距更容易觀測,但並不如水星大距那麼常見。
太陽跟水星的最大的高度差28度是什麼概念呢?
一周天分為360度,太陽剛好運行一圈,也就是24小時。28度對應多少小時呢?28度除以360度乘以24小時等於1.89小時。不到1.9小時,就是極限位置——東大距的時候,太陽落山後,金星落山的時間。就是說不到兩個小時的時間。也就是說太陽落山之後一個多小時,水星就落山了。那個時候太陽的餘暉還是非常強的,亮到極為耀眼,連金星那麼亮,那個時候都很難被直接發現。更何況不論是大小還是構造都跟金星不是一個數量級的水星。
當然,如果水星長軸變化,導致水星東大距是18度時候,這個時間就變成一小時了。太陽落山一小時過後,水星就落山了。你想像一下,太陽跟水星28度的高度差的時候都難以觀測。18度的時候就更難觀測了,更何況這還僅僅是極限位置,平時的時候,是遠遠小於這個度數的。這也意味著,水星跟太陽基本上同升同落。你想像一下,就跟太陽的小衛星一樣。水星一直伴隨著這麼亮的太陽,就難以看見了。
當然,什麼時候可以較為容易地看見水星呢?大部分是出現了日食或者是水星凌日的時候,出現了這些情況的時候才比較容易觀測到水星。
究其一生都在尋找水星的哥白尼
據傳說,大天文學家哥白尼究其一生都在尋找這顆神秘星體。他臨終前都曾嘆他一生沒有見過水星,這就說明有用肉眼,要想觀測水星是多麼的困難。
哥白尼沒見過水星,最重要原因有兩個:第一,北半球相對於南半球,不適合觀測水星,因為每當水星大距處於其遠日點時,觀測者會發現水星的赤緯總低於太陽赤緯,赤緯相當於天球上的維度,水星的赤緯低說明更加靠近天赤道,由於天軸的傾斜,即使水星到達東西大距28度,但水星幾乎還是和太陽同升同落。第二,地理緯度越高,內地行星越難觀測。緯度高的地區,太陽的晨昏朦影時間特別長,想想極晝極夜,維度高到北極圈,太陽就會發生不升起來或者不落下去的現象。這說明,緯度越高,日出前天明的越早,日落後,天黑得越晚。即日出前或者日落後很久,天空依然明亮,所以不利於水星觀測。
而對於水星而言,可以把它當作太陽的衛星,它伴隨著太陽升起落下。這樣就比較容易理解,為什麼看不到他了。
金星為什麼這麼容易觀測
首先就是金星的構成,下面是百度百科上描述的。
有人稱金星是地球的姊妹星,確實,從結構上看,金星和地球有不少相似之處。金星的半徑約為6073公裡,只比地球半徑小300公裡,體積是地球的0.88倍,質量為地球的4/5;平均密度略小於地球。雖說如此,但兩者的環境卻有天壤之別:金星的表面溫度很高,不存在液態水,加上極高的大氣壓力和嚴重缺氧等殘酷的自然條件,金星有極少的可能有生命的存在。由此看來,金星和地球只是一對「貌合神離」的姐妹。金星周圍有濃密的大氣和雲層。只有藉助於射電望遠鏡才能穿過這層大氣,看到金星表面的本來面目。金星大氣中,二氧化碳最多,佔97%以上。時常降落巨大的具有腐蝕性的酸雨。金星表面溫度高達500℃,大氣壓約為地球的90倍(相當於地球900米深海中的壓力)
如上面描述的,金星的濃密的大氣是良好的反光體,這就導致了比較容易看到金星的反光。
其次,金星東大距和西大距的時候,與太陽的高度差可以達到接近47°。47°是什麼概念呢?就是說太陽落山之後金星還要在天上待三到四個小時才會落下去,或者是西大距的時候,金星提前三到四個小時升起來,然後才升太陽。所以說金星是很容易觀測的。
綜上所述,除了特殊時期,比如日全食,水星凌日的時候。水星不易觀察,只有水星東西大距的時候,天氣極為晴朗萬裡無雲。又沒有其他光汙染的傍晚,才有可能看到水星。而且,能夠看到時間極短,每天不過一個小時而已。古代稱水星為"辰星"或"昏星"。它與太陽最大角距不超過28°,由於古代稱30°為一辰,故而得名辰星。
如下圖,可以明顯地看出水星金星距離太陽的遠近,一個緊隨其後,另一個高掛天空。