大合相

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2020年大合相的拼接照片,拍摄于最接近前4小时,木星在上,土星在下,相距约6-7角分。木星周围环绕着四颗伽利略卫星中的三颗:由左到右分别为木卫二木卫一和木卫三。土星的卫星土卫六位于照片最下方。

大合相是指木星土星合相,这时两颗行星在天空中出现的距离最近。大合相大约每20年发生一次,其时木星在其轨道上会“超越”土星。这类合相之所以冠名以“大”,是因为它们是迄今为止最罕见的裸眼可见行星(即不包括天王星海王星)合相。[1]

历次合相时,两颗行星的距离不同,通常介于0.5到1.3(30到78角分,或满月宽度的1到2.5倍)。极近距离的合相发生频率要低得多(尽管按照内行星的标准,1.3°的最大距离已是很近的值了):自1200年以来,相距小于10分的事件只发生过4次,最近一次是在2020年。[2]

历史

大合相在历史上曾被当作预兆而得到过极大关注。在中世纪晚期和文艺复兴时期,无论是第谷开普勒时代之前的前科学和过渡时期的占星天文家,还是罗吉尔·培根皮埃尔·戴伊等学者,都曾将大合相作为他们讨论的话题。但丁[3]莎士比亚[4]等作家的流行文学作品中也提到过大合相。在欧洲,这种兴趣可以追溯到阿拉伯语文本的翻译作品,以阿巴拉萨关于合相的著作为代表。

尽管存在数学上的错误,而且占星家们对宫位何时开始存在一些分歧,但对此类事件意义的信仰产生了一系列作品,其数量保持增长直至16世纪末。由于1583年的大合相是发生在水象宫位的最后一次,人们普遍认为它预示着世界末日的变化;1586年,教宗还因此下诏反对占卜。然而,在占星家预测的1603年里,并没有发生任何令人担忧的重大事件,公众的兴趣随之迅速消失。等到下一次宫位起始时,现代科学共识早已将占星术确立为伪科学,行星排列不再被视为预兆。[5]

天体力学

开普勒1606年出版的《新星英语De Stella Nova》一书中的黄道经度模式图

平均每19.859个儒略年(每个儒略年为365.25天)就会出现一次大合相。这个数字可以通过会合周期公式计算出来:

其中,JS分别是木星(4332.59天)和土星(10759.22天)的轨道周期。[2](实际上,由于地球的轨道尺寸,大合相在平均发生时间之后的几个月里可能再度发生)。由于其他裸眼可见行星之间的合相周期都少于27个月,大合相是最罕见的。

偶尔地,单季里也会出现多次大合相,这发生在两颗行星冲日时:这被称为三重合相英语triple conjunction(该名词不仅用于指称大合相事件)。

最近一次大合相发生在2020年12月21日,下一次大合相将发生在2040年11月4日。在2020年的大合相期间,两颗行星在天空中最接近时相距6角分,这是自1623年以来两颗行星最近的距离。[6]之所以如此接近,是因为合相发生在两颗行星轨道看似(太阳视角,与地球类似)相交的两条黄道经线之一的附近。

由于19.859年等于1.674个木星轨道和0.674个土星轨道,三次合相周期近似于完成一整圈。这就是为什么如右图所示的经度周期形状近似于三角形。三角形的三个点与行星同向旋转,速度大约是每四个世纪转六分之一圈,因此每隔约四个世纪,会有一次极近的合相。目前,近距离大合相的经度约为307.4度和127.4度,分别位于摩羯座巨蟹座。然而,由于地球在其轨道上的位置不同,地球视角上两颗行星的位置会比其日心经度提前或落后最多10度左右。[2]

相对于地球轨道平面(黄道面),土星的轨道平面倾角有2.485度,木星的轨道平面倾角有1.303度。有趣的是,两颗行星的升交点都很相似(木星为100.6度,土星为113.7度),这意味着如果土星在地球轨道平面之上或之下,木星通常也是如此。因为这些交点排列得如此之好,预计每次合相时的距离都不会比两颗行星的轨道倾角之差大太多。事实上,在公元1年到3000年之间,只有1306年和1940年的最大合相距离是1.3度。这两年的合相都发生在两颗行星最偏离黄道面之时:1306年的经度206度(因此高于黄道面),1940年的经度39度(因此低于黄道面)。[2]

历次大合相列表(1200年至2400年)

下表[2]详细列出了1200年到2400年间的历次大合相。表中列出历次合相在赤经上的发生日期(黄经上合相的发生日期可能相差数日)。1582年前的日期以儒略历记录,1582年后的日期以格里高利历记录。

黄经一栏是从历元J2000春分点位置逆时针测量的。这种不旋转的坐标系不随地轴进动而移动,因此适合用来计算星体的位置(在天体测量学中,经纬度是以黄道为基础的,而黄道是地球轨道向日和反日的无限延伸)。另一种常用于合相的坐标系,是以春分点为起点沿赤经逆时针测量,以地球赤道和经过春秋分点的经线为准。以黄道坐标计算的距离通常较小。

距离一栏为行星间的角距离,以角分(六十分之一度)为单位;距角一栏为合相点到太阳的角距离,单位是度。当距角在-20到+20度之间时,由于与太阳距离过近,合相会变得难以或无法观测,或者只能从特定的地理纬度上观测。需要注意的是,特定情况下亦无法观测到合相,如其发生时位于地平线之下,或其发生时刻在某些地区为白天。不过,地球上观测点的位置对大合相最小距离的影响,要比有内行星参与的合相要小。负距角表示两颗行星位于太阳以西(晨空可见),而正距角表示两颗行星位于太阳以东(晚空可见)。

大合相的周期与日食(即日月合相)的沙罗周期大致相似。某周期的合相大约每隔119.16年发生一次。周期长度之所以是每六次而不是每三次合相,是因为119.16年要比比119.16/2 = 59.58年更接近整数,这时地球在其轨道上的位置会更接近之前的位置,观测到的合相也会更为相似。在每一轮周期里,合相会从仅日出前可见,逐渐进展到整夜可见,然后再进展为日落前可见,并最终回到日出前可见。在一个周期中,每次合相在天空中的位置会依次增加平均16.3度的经度,使得平均每2634年就有一次相对于恒星的完整周期。如果我们改用从春分点向东测量经度的惯例,我们必须记住,春分点大约每25772年循环一次,所以这样测量出的经度增幅稍快,上述数字会变成17.95度和2390年。

一次合相可以是三重合相英语Triple conjunction的一部分。在三重合相事件里,由于所处星座和年份相同或相近,单次合相并不会推进周期。这也是大合相唯一可能在相隔不到约20年内多次发生的原因。[2]

日期 黄经
(度)
距离
(角分)
距角
(度)
周期序列 可见度 三重合相
1206年4月16日 66.8 65.3 +23.0 2 取决于观测点纬度
1226年3月4日 313.8 2.1 -48.6 3
1246年9月21日 209.6 62.3 +13.5 4
1265年7月23日 79.9 57.3 -58.5 5
1285年12月31日 318.0 10.6 +19.8 6 取决于观测点纬度
1305年12月24日 220.4 71.5 -70.0 1
1306年4月20日 217.8 75.5 +170.7 1
1306年7月19日 215.7 78.6 +82.5 1
1325年6月1日 87.2 49.2 -0.4 2
1345年3月24日 328.2 21.2 -52.5 3
1365年10月25日 226.0 72.6 -3.7 4
1385年4月8日 94.4 43.2 +58.8 5
1405年1月16日 332.1 29.3 +18.1 6
1425年2月10日 235.2 70.7 +104.1 1
1425年3月10日 234.4 72.4 -141.6 1
1425年8月24日 230.6 76.3 +62.6 1
1444年7月13日 106.9 28.5 -15.9 2
1464年4月7日 342.1 38.2 -52.6 3
1484年11月17日 240.2 68.3 -12.3 4
1504年5月25日 113.4 18.7 +33.5 5 取决于观测点纬度
1524年1月30日 345.8 46.1 +19.1 6
1544年9月17日 245.1 69.2 +53.4 1
1563年8月25日 125.3 6.8 -42.1 2
1583年5月2日 355.9 52.9 -51.2 3
1603年12月17日 253.8 59.0 -17.6 4
1623年7月17日 131.9 5.2 +12.9 5
1643年2月24日 0.1 59.3 +18.8 6
1663年10月17日 254.8 59.2 +48.7 1
1682年10月23日 143.5 15.4 -71.8 2
1683年2月8日 141.1 11.6 175.8 2
1683年5月17日 138.9 15.8 +77.5 2
1702年5月21日 10.8 63.4 -53.5 3
1723年1月5日 265.1 47.7 -23.8 4 取决于观测点纬度
1742年8月30日 150.8 27.8 -10.3 5
1762年3月18日 15.6 69.4 +14.5 6
1782年11月5日 271.1 44.6 +44.9 1
1802年7月16日 157.7 39.5 +41.3 2
1821年6月18日 27.1 72.9 -62.9 3
1842年1月26日 281.1 32.3 -27.1 4 取决于观测点纬度
1861年10月20日 170.2 47.4 -39.5 5
1881年4月17日 33.0 74.5 +3.8 6
1901年11月28日 285.4 26.5 +38.3 1
1921年9月8日 177.3 58.3 +11.1 2
1940年8月6日 45.2 71.4 -89.8 3
1940年10月21日 41.1 74.1 -165.7 3
1941年2月14日 39.9 77.4 +73.3 3
1961年2月18日 295.7 13.8 -34.5 4 取决于观测点纬度
1981年1月1日 189.8 63.7 -91.4 5
1981年3月6日 188.3 63.3 -155.9 5
1981年7月25日 185.3 67.6 +62.7 5
2000年5月28日 52.6 68.9 -14.6 6
2020年12月21日 300.3 6.1 +30.2 1 取决于观测点纬度
2040年11月4日 197.8 72.8 -24.6 2 取决于观测点纬度
2060年4月8日 59.6 67.5 +41.7 3
2080年3月15日 310.8 6.0 -43.7 4
2100年9月18日 204.1 62.5 +29.5 5 取决于观测点纬度
2119年7月15日 +73.2 57.5 -37.8 6
2140年1月14日 315.1 14.5 +22.7 1 取决于观测点纬度
2159年2月20日 215.3 71.2 -50.3 2
2179年5月28日 80.6 49.5 +16.1 3
2199年4月8日 325.6 25.2 -50.0 4
2219年11月1日 221.7 63.1 +6.8 5
2238年9月6日 93.2 39.3 -67.6 6
2239年1月12日 90.2 47.5 +161.3 6
2239年3月22日 88.4 45.3 +89.9 6
2259年2月2日 329.6 33.3 +19.6 1 取决于观测点纬度
2279年2月5日 231.9 69.9 -80.3 2
2279年5月7日 229.9 73.8 -172.6 2
2279年8月31日 227.2 74.9 +73.3 2
2298年7月12日 100.6 28.3 -6.0 3
2318年4月26日 339.8 41.8 -51.8 4
2338年12月1日 237.3 66.3 -7.4 5
2358年5月22日 107.5 18.5 +50.7 6
2378年2月18日 343.7 50.5 +19.4 1
2398年10月2日 240.7 65.9 +58.2 2

著名的大合相

由公元1年至3000年之间所有小于9.95角分的近距离大合相以及其他知名大合相列表。[6][2](注:1582年之前的日期为儒略历,之后的日期为格里高利历
日期 黄经J2000参考坐标) 距离(角分) 可见度

注:由于极昼或极夜的原因,两极周围总会有至少一小块区域看不到合相。如果两个半球的绝大部分地区都能轻易观测到合相,下方列表会省略这一点
注释
公元前1793年3月1日 153.4° 1.3 黄昏 史前时代到公元46世纪间距离最近的合相。三重合相的一部分。
公元前424年12月28日 322.8° 1.5 黄昏,难以看见
372年3月6日 316.6° 1.9 清晨 公元前三千年距离最近的合相。
431年12月31日 320.6° 6.2 清晨,难以看见
709年9月13日 130.8° 8.3 清晨 三重合相的一部分
769年7月22日 137.8° 4.3 离太阳过近而难以看见
1166年12月11日 303.3° 2.1 黄昏,难以看见
1226年3月4日 313.8° 2.1 清晨
1563年8月25日 125.3° 6.8 清晨
1623年7月16日 131.9° 5.2 黄昏,难以看见(特别是北半球)
2020年12月21日 300.3° 6.1 黄昏,在北方高纬度地区很难看见,在南极也看不见(由于角度和极昼
2080年3月15日 310.8° 6.0 清晨,在北方中到高纬度地区很难看见
2417年8月24日 119.6° 5.4 清晨,部分南半球和北极地区难以或无法看见
2477年7月6日 126.2° 6.3 黄昏,南半球更容易看见
2874年12月25日 297.1° 2.3 黄昏,南极洲因极昼而无法观看
2934年3月19日 307.6° 9.3 清晨
4523年3月8日 287.8° 1.0 清晨,由于过于靠近地平线和/或极昼的原因,在北方高纬度和南极地区难以或无法看见 在近14,400年(一世纪)的时间内距离最近的合相。
公元1年-3000年间近于9.95角分的事件,按方向归类
黄经 合相次数
119至138度
6
297至321度
8
其他
0

公元前7年

约翰内斯·开普勒在研究1603年的大合相时,认为伯利恒之星可能正是当年的大合相。他计算发现,木星和土星的三重合相发生在公元前7年(用天文年号表示为-6);[7][8]三重合相是指木星和土星在冲日位置或其附近时的合相。在这种情况下,木星和土星将三次占据相同的赤道经线或黄道经线——取决于人们使用哪种“合相”的定义。这一现象由视逆行运动导致,发生在数月内。最近的三重合相发生在1980年和1981年[9],下一次将发生在2238年和2239年。

1563年

来自克拉科夫学院的天文学家(扬·穆塞修斯英语Jan Muscenius、斯坦尼斯瓦夫·雅各布奇克(Stanisław Jakobejusz)、尼古劳斯·谢德克(Nicolaus Schadeck)、彼得鲁斯·普罗博科维奇(Petrus Probosczowicze)等人)观测了1563年的大合相,以比较阿方索星历表(基于地心说模型)和普鲁士星历表(基于哥白尼日心说英语Copernican heliocentrism)。根据普鲁士表,天文学家发现木星和土星彼此距离很近,以至于木星掩蔽了土星[10](1563年8月25日的实际角距离为6.8分[2])。而按照阿方索表,合相发生在另外一天,但在其预测的那一天里,角距离足足有141分。克拉科夫的教授们因而推荐采用更准确的哥白尼预测。在1578年至1580年期间,瓦伦丁·丰塔尼(Valentin Fontani)曾为哥白尼日心说发表了三次演说。

2020年

2020年大合相前后木星与土星的距离

2020年的大合相是自1623年以来最接近的一次[6][2],也是公元前三千年中第八近的一次,两颗行星间的最小距离为6.1角分。这次大合相也是自1226年以来最容易看到的近合相(因为之前1563年和1623年的近合相离太阳更近,因此更难看到)。[11]它发生在日心合相的7周后,当时木星和土星的日心经度相同。[12]

合相距离最近的时刻为协调世界时12月21日18时22分,[9]当时木星在土星以南0.1°,太阳以东30°。这意味着这两颗行星一起出现在大多数中小型望远镜的视野中(尽管在没有光学辅助设备的情况下仍能将它们区分开)。[13]在距离最近之时,两颗行星在肉眼看来呈一对联星。[11]在中北纬地区,日落后一小时可在西南地平线上方不到15°的高度,朝摩羯座的方向上看到这两颗行星。[14][15]

这次大合相引起了媒体的极大关注,由于合相发生在圣诞节前后,新闻界称其为“圣诞之星”。[16]

画廊

7541年

除了是三重合相外,7541的大合相预计还将出现两次掩星:一次是2月16日的部分掩食,一次是6月17日的全掩食。[9]然而,对如此遥远未来的行星位置准确性的预测是非常不确定的,因此也有部分计算认为,7541年将会出现距离极近的合相,但不会发生掩食。这将是自公元前6857年以来,两颗行星之间的首次掩食;行星间的距离在叠加时会小于约0.4角分。[2]

参见

参考文献

  1. ^ Ford, Dominic. Great Conjunction. In The Sky. 20 October 2020 [22 December 2020]. (原始内容存档于2020-12-27). 
  2. ^ 2.00 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 Jupiter-Saturn Conjunction Series. sparky.rice.edu. [2020-12-26]. (原始内容存档于2020-12-12).  引证错误:带有name属性“auto3”的<ref>标签用不同内容定义了多次
  3. ^ Woody, K. M. Dante and the Doctrine of the Great Conjunctions. Dante Studies, with the Annual Report of the Dante Society. 1977, 95: 119–134. JSTOR 40166243. 
  4. ^ Aston, Margaret. The Fiery Trigon Conjunction: An Elizabethan Astrological Prediction. Isis. 1970, 61 (2): 159–187. doi:10.1086/350618. 
  5. ^ Keith Thomas, Religion and the Decline of Magic: Studies in Popular Beliefs in Sixteenth and Seventeenth-Century England (Oxford University Press, 1971) p. 414-415, ISBN 9780195213607
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 Hunt, Jeffrey L. 1623: The Great Conjunction of Jupiter and Saturn. When the Curves Line Up. 2020-02-20 [2020-08-24]. (原始内容存档于2020-12-03) (英语). 
  7. ^ Burke-Gaffney, W. Kepler and the Star of Bethlehem. Journal of the Royal Astronomical Society of Canada. 1937, 31: 417 [2020-05-27]. Bibcode:1937JRASC..31..417B. (原始内容存档于2021-01-05). 
  8. ^ Molnar, Michael R. The Star of Bethlehem: The Legacy of the Magi. Rutgers University Press. 1999. 
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 Jones, Graham. The December 2020 Great Conjunction. timeanddate.com. [2020-12-10]. (原始内容存档于2021-02-23) (英语). 
  10. ^ Kesten, Hermann. Copernicus and his World. New York: Roy Publishers. 1945: 320. 
  11. ^ 11.0 11.1 Jacob Dickey. Witness the Great Conjunction of Jupiter and Saturn on December 21st. WCIA. 6 December 2020 [20 December 2020]. (原始内容存档于2020-12-30). 
  12. ^ Hunt, Jeffrey L. 2020, November 2: Jupiter – Saturn Heliocentric Conjunction. When the Curves Line Up. 2020-09-11 [2020-10-29]. (原始内容存档于2020-12-02) (英语). 
  13. ^ 2020: December 21: The Great Conjunction of Jupiter and Saturn. When the Curves Line Up. 2019-12-11 [2020-08-11]. (原始内容存档于2021-01-26) (英语). 
  14. ^ Hunt, Jeffrey L. 2020: December 21: The Great Conjunction of Jupiter and Saturn. When the Curves Line Up. 2019-12-11 [2020-08-27]. (原始内容存档于2021-01-26) (英语). 
  15. ^ 5 upcoming conjunctions visible in the night sky, and how to see them. [2020-08-17]. (原始内容存档于2021-03-01). 
  16. ^ Clark, Stuart. Starwatch: 'Christmas star' is the closest great conjunction in almost 400 years. 14 December 2020 [2020-12-26]. (原始内容存档于2021-01-05). 

外部链接