驚呆了！揭秘太陽(yáng)系“三點(diǎn)一線”的奇妙現(xiàn)象

剛剛過(guò)去的木星沖日天象，說(shuō)白了就是木星、地球、太陽(yáng)三者連成了一條直線，形成了地球-木星-太陽(yáng)這樣的排列組合。那么，當(dāng)它們?nèi)齻€(gè)連成一條直線，當(dāng)時(shí)形成地球-太陽(yáng)-木星這樣的組合又是什么呢？除此之外，我們還知道，太陽(yáng)系中有八顆大行星、幾百顆衛(wèi)星，如果它們跟地球、太陽(yáng)連成一條直線又是什么天象呢？咱們來(lái)聊一聊太陽(yáng)系中神奇的“三點(diǎn)一線”，把不同的叫法一次講明白。

我們以地球?yàn)閰⒄瘴铮瑢⑻?yáng)系中的行星分成了兩大類(lèi)：一類(lèi)是位于地球軌道內(nèi)側(cè)的行星，我們稱(chēng)之為內(nèi)行星（金星和水星）；一類(lèi)位于地球軌道外側(cè)，稱(chēng)之為外行星（火星、木星、土星等）。它們都在各自的軌道上運(yùn)行，會(huì)在某個(gè)時(shí)刻與地球、太陽(yáng)排成一條直線，形成各種令人驚嘆的天文現(xiàn)象。這些排列遵循著精確的數(shù)學(xué)規(guī)律，能夠被天文學(xué)家提前數(shù)年甚至數(shù)百年預(yù)測(cè)。

沖日

當(dāng)外行星和地球、太陽(yáng)連成一線，并且地球位于中間，也就是形成地球-外行星-太陽(yáng)的排列時(shí)，就叫做“沖日”。如果外行星是火星，那就是火星沖日；如果是木星，那就是木星沖日。當(dāng)行星沖日時(shí)，外行星與太陽(yáng)在地球的兩側(cè)遙遙相對(duì)，其被太陽(yáng)照亮的一面完全面向地球。此時(shí)也是行星在會(huì)合周期內(nèi)離地球最近的時(shí)候。因此，沖日發(fā)生時(shí)，行星的亮度達(dá)到最大，且整夜可見(jiàn)，從日落到日出都懸掛在夜空中。在沖日發(fā)生的前后幾天，都是觀測(cè)該行星的絕佳時(shí)機(jī)。

合日

那么，當(dāng)外行星與地球、太陽(yáng)排成一條直線，但出現(xiàn)太陽(yáng)-地球-外行星這樣的排列時(shí)會(huì)怎樣呢？這種現(xiàn)象叫做“合日”。這意味著，地球與外行星分別位于太陽(yáng)的兩側(cè)。顯然，這時(shí)候的外行星處于會(huì)合周期內(nèi)離地球最遠(yuǎn)的位置。從地球上看，此時(shí)的外行星運(yùn)行到了太陽(yáng)的背面，完全被太陽(yáng)的光輝所淹沒(méi)，仿佛消失了一樣，無(wú)法觀測(cè)。

下合

聊完了外行星的“三點(diǎn)一線”，再來(lái)看看內(nèi)行星。我們以金星為例。當(dāng)金星運(yùn)行到地球與太陽(yáng)中間連成一線，形成太陽(yáng)-金星-地球的排列時(shí)，叫做“下合”。發(fā)生下合時(shí)，金星與地球的距離達(dá)到會(huì)合周期內(nèi)的最近值，但此時(shí)金星面對(duì)地球的是其未被太陽(yáng)照亮的夜半球。從地球上看，下合時(shí)金星與太陽(yáng)的角距離非常小，它被太陽(yáng)強(qiáng)烈的光線所湮沒(méi)。因此，此時(shí)的金星雖離地球最近，卻意外“消失”了。

上合

當(dāng)金星和地球分別位于太陽(yáng)兩側(cè)，形成金星-太陽(yáng)-地球的排列時(shí)，就叫做“上合”。跟外行星的合日情況類(lèi)似，此時(shí)的金星也處在會(huì)合周期內(nèi)離地球最遠(yuǎn)的位置。從地球上看，金星同樣被太陽(yáng)“擋住”而難以觀測(cè)。

太陽(yáng)系中的另一顆內(nèi)行星——水星的情況與金星相同，這里就不再贅述。

金星軌道與地球軌道平面

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，很多時(shí)候金星與水星的下合現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，并沒(méi)有和地球、太陽(yáng)嚴(yán)格連成一條直線。這是因?yàn)榻鹦堑能壍榔矫媾c地球的軌道平面（黃道）并不重合，而是存在一個(gè)約3.4度的傾角。這意味著，當(dāng)金星運(yùn)行到太陽(yáng)和地球之間（即下合）時(shí)，它通常會(huì)在太陽(yáng)的上方或下方“錯(cuò)過(guò)”，而不會(huì)從太陽(yáng)的圓面上穿過(guò)。

然而，總有特殊情況發(fā)生。當(dāng)金星處于“下合”位置時(shí)，同時(shí)又恰好運(yùn)行到它的軌道與地球軌道平面的交點(diǎn)附近，它才會(huì)和地球、太陽(yáng)精確排成一條直線。這時(shí)候，一種極為罕見(jiàn)的天象便發(fā)生了——金星凌日。從地球上看，一顆小黑點(diǎn)會(huì)緩慢橫穿太陽(yáng)表面，整個(gè)過(guò)程持續(xù)數(shù)小時(shí)。

金星凌日

為什么說(shuō)金星凌日是極為罕見(jiàn)的天象呢？由于前面提到的軌道平面傾角造成了苛刻的條件，金星凌日的周期長(zhǎng)達(dá)243年。金星凌日會(huì)以8年的時(shí)間間隔成對(duì)發(fā)生（例如最近的一次是2004年和2012年）。但這樣的一次凌日結(jié)束后，下一次凌日則要等待漫長(zhǎng)的105.5年或121.5年。所以，我們?cè)傧肟吹浇鹦橇枞眨鸵鹊?strong>2117年12月11日了。水星凌日相對(duì)常見(jiàn)，平均每100年發(fā)生約13次。

歷史上，金星凌日在科學(xué)上具有重要意義。18世紀(jì)的天文學(xué)家通過(guò)在全球多個(gè)地點(diǎn)觀測(cè)金星凌日，首次較為精確地計(jì)算出了日地距離，即天文單位的數(shù)值。

月食日食發(fā)生的條件

太陽(yáng)、地球和月球之間的三點(diǎn)一線，創(chuàng)造了太陽(yáng)系中最壯觀的天象——日食和月食。

日食發(fā)生時(shí)，月球運(yùn)行到地球和太陽(yáng)之間，其影子落在地球表面。在影子范圍內(nèi)的人們會(huì)看到太陽(yáng)被月球遮擋。根據(jù)觀測(cè)者所處位置的不同，日食可分為日全食、日環(huán)食和日偏食。

月食發(fā)生時(shí)，地球運(yùn)行到太陽(yáng)和月球之間，地球的影子投射到月球表面，使明亮的滿月逐漸變暗，常呈現(xiàn)為古銅色或暗紅色。

跟金星凌日的原理類(lèi)似，由于月球軌道與地球軌道有約5度的傾角，并非每次新月或滿月都會(huì)發(fā)生日食或月食。只有當(dāng)月球運(yùn)行到黃白交點(diǎn)附近時(shí)，“三點(diǎn)一線”才可能形成。

回合周期的計(jì)算

外行星的沖日和內(nèi)行星的下合，其發(fā)生周期在天文學(xué)上統(tǒng)稱(chēng)為 “會(huì)合周期” 。那么，如何計(jì)算行星與地球的會(huì)合周期呢？我們可以通過(guò)一個(gè)公式來(lái)計(jì)算：1/S = |1/E - 1/P|

其中，S為會(huì)合周期，E為地球公轉(zhuǎn)周期，P為行星公轉(zhuǎn)周期。公式的意思是：會(huì)合周期的倒數(shù)，等于地球和行星公轉(zhuǎn)周期倒數(shù)之差的絕對(duì)值。

舉個(gè)例子，地球的公轉(zhuǎn)周期E約為365.25天，木星的公轉(zhuǎn)周期P為4332.59天，將其代入公式可得木星沖日的會(huì)合周期S約為398.88天（約399天）。金星的公轉(zhuǎn)周期是224.70天，代入公式可得其下合的會(huì)合周期約為583.92天（約584天）。

所以，當(dāng)我們知道了木星的沖日周期（會(huì)合周期）是399天，又知道上次木星沖日發(fā)生在2026年1月10日，那么就能推算出下一次發(fā)生的時(shí)間。翻開(kāi)日歷數(shù)日子即可，結(jié)果是下一次木星沖日將發(fā)生在2027年2月14日左右。這樣推算的結(jié)果前后誤差通常在幾天之內(nèi)。

五星連珠

除了嚴(yán)格的三點(diǎn)一線形成的天象外，太陽(yáng)系中還有一種被稱(chēng)為“行星連珠”的視覺(jué)現(xiàn)象。與沖日或凌日不同，行星連珠并非行星在空間上嚴(yán)格排成一條直線，而是多顆行星運(yùn)行到太陽(yáng)的同一側(cè)，從地球看去，它們?cè)谔炜罩械奈恢梅浅＝咏纬梢粭l視覺(jué)上的“線”或一個(gè)“星群”。

現(xiàn)在，你看懂太陽(yáng)系天體“三點(diǎn)一線”所形成的天象背后隱藏的“玄機(jī)”了嗎？一起來(lái)聊一聊吧！