流浪的星（第三辑）

行星的可见性 （接上篇）

与内行星不同，外行星可以出现在任何日距角的位置（可达180°），所以它们通常在大部分夜晚时间都可见。

外行星的周年运行过程如下。从太阳背后经过（上合，此时不可见）之后，行星作为晨星在黎明出现，比太阳稍早升起。它缓慢地远离太阳，每天更早一点升起（一般是几分钟），其日距角向西慢慢增大。直到它在午夜后就已升起，整个后半夜都可见。当行星到达太阳西侧90°的所谓“西方照”位置时（日距角=西90°），它在午夜升起。它继续每天更早升起，最终到达冲日（简称冲）点，此时它与太阳在天空中处于相反位置（日距角=180°）。这时行星整夜可见，日落时升起、日出时落下。在北半球，行星在午夜时位于正南；在南半球则位于正北。冲的时候，太阳、地球和该行星在太空中成一条直线。

动画显示了外行星在两次冲日之间的一个完整周期（即会合周期）中的方位变化。此动画是从地球北极上方的太空观看的视角（动画中为木星），并随地球公转移动。蓝线标明了两颗行星最初与太阳成一条直线时的会合方位（即冲）。经过的天数（从冲开始）专指木星；请注意，完成一周公转后，地球必须多运行34天才能追上木星而形成下一次冲，因此会合周期是399天。轨道未按实际比例显示。

对使用望远镜的行星观测者来说，外行星的冲日是个重要时刻，原因有以下几点。首先，此时地球在一整年中离行星最近。其次，此时行星在一整年中看上去最大（即达到其最大视直径）。第三，此时行星完全被照亮的一面朝向地球（即行星相位=100%）。全被照亮加上最大视直径，意味着此时行星达到一年中的最高视星等（亮度）。对裸眼观测者来说，行星的亮度是其冲日时最突出的特性；确实，看到一颗明亮的行星在日落后从太阳正对面升起，对裸眼观星者来说时全年的精彩时刻之一。

由于行星轨道的偏心（非正圆），某些冲日比其他的更精彩，此时行星比其他冲日的时候更明亮。尤其是偏心率大的火星，其结果是，在每次冲日的时候它到地球的距离大不相同。一颗行星在其轨道上离太阳最近的点叫近日点，最远的叫远日点。发生在行星近日点或远日点附近的冲有时也称为近日点冲或远日点冲。火星的最佳冲日（近日点冲，或叫大冲）大约每15年出现一次，当火星位于宝瓶座时，大冲发生在8月或9月（上次出现在2003年，2018年和2035年会再出现）。最差的冲（远日点冲）发生在狮子座（2012年出现）。木星的大冲发生在它位于双鱼座或白羊座时，时间是9月或10月（上次在2010和2011年）。土星有两次大冲时间，在其轨道的相对两侧，此时它的光环充分展开。分别发生在金牛座或双子座（12月-1月冲日）和天蝎座、蛇夫座或人马座（6月-7月冲日）。土星上次最亮的冲发生在2002年末，今年也是它的大冲之年。

冲日之后，外行星变成昏星，在日落前升起。随着它继续每天提前升起，它的日距角开始从冲日时的最大值180°慢慢减小，向太阳靠近。当它到达太阳东侧90°（东方照）时，行星在午夜左右落下。随着行星继续接近太阳，它在日落后仍可见，但只有几个小时时间。再后来它紧随着太阳落下，最终消失在暮光中，并从太阳背后通过，重新回到上合点。行星在上合点前后各有数周不可见。新的一轮周年运行便又开始了。

不同于内行星，从地球看外行星不会呈现峨眉月或半圆相位。它们可能有凸圆相位（略少于满圆）或全被照亮的相位（100%照亮的盘面或相位=1.0）。外行星的最小相位出现在东方照或西方照时，即从地球看去在太阳东侧或西侧90°处。外行星中火星在方照相位时被照亮部分最小，因为它是离地球最近的外行星。行星距离越远，在望远镜中的凸圆相位越不明显；因此，火星可呈现小至84%的相位（相位=0.84），以致它在望远镜中明显不圆，而其他外行星的方照相位不少于99%（相位=0.99），虽然严格说来还是凸圆，但在望远镜目镜中已无法看出与正圆的区别了。

上图显示了为何在方照时最容易从地球看到土星球体投射在光环上的阴影。在地球轨道上会有两个位置发生方照：东侧和西侧。图示为东方照的情况。

冲日时，太阳、地球和土星在太空中成一条直线，土星环上的阴影与来自地球的视线（蓝线）方向相同；因此此时从地球看不到光环上的阴影。方照时，阴影与视线倾斜相交，一部分光环上的阴影就可以在球体一侧见到；在东方照时，光环上的阴影出现在球体东侧（图中红箭头所指）。方照时土星也会显得略小，因为此时离地球较远。

光环上的阴影是否可见取决于此时土星环对地球的相对倾角；此角度在一个土星年中会不同。光环相对倾角越大，方照时可见阴影越多；因此在地球穿越光环所在平面的前后是看不见阴影的。

西方照时情况相同，只是此时阴影落在球体的西侧。

上图中土星的望远镜图像是笔者2004年拍摄的视频截图。示意图未按实际比例绘制。

尽管外行星的方照对裸眼观星者来说多少有些缥缈，但它对望远镜观测者却很有意义，因为这是观看与行星阴影相关事件的最佳时机。可以看到木星的卫星在经过木星背后时被其阴影遮蔽；同样地，当它们从木星前方通过时，能看到卫星在木星盘面投下阴影，这被称为木卫影凌木。土星有其独特的阴影特征：太阳光使土星球体在其光环上投下阴影。从地球上很难看到这一特征，因为光环有阴影的一侧总是背离地球而被土星球体遮挡。但是，在方照前后，只要光环向地球方向倾斜，阴影的一部分就可得一瞥。

由于外行星的轨道在地球之外，从地球看它们不存在下合（经过地球和太阳之间）。同样地，从地球看内行星也不存在冲或方照的情况。

当外行星在黎明的天空出现（上合后）或在黄昏的天空消失（上合前），由于晨昏光和黄道与地平线交角的影响，它们与内行星一样有可见性的问题。但是，对外行星来说问题小得多，因为在一年中的其他大多数时间我们都能很好地看到它们，而且它们出现在太阳附近时总是离我们更远因而并非最佳时机，何必执着于此呢？

除火星外所有外行星的会合周期都比内行星短。火星是个特例，因为它是最接近地球的外行星，而且在夜空中移动得比其他外行星更迅速。事实上，火星具有所有行星中最长的会合周期——780天（2年又7周），所以只有隔这么久才能看到它的最佳状态（冲日前后）。两次冲日之间，火星大部分时间都是昏暗而遥远的，运行于其轨道上远离地球的一侧，在太阳附近闲逛。这些时候，难以将它与略亮于北极星（视星等+2.0）的普通红色恒星区别开来。火星戏剧性的亮度差异与它独特的颜色和巨大的视直径变化幅度（所有行星中最大）结合起来，成为了夜空中一个值得注意的景观。

（未完待续）

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