原因比较复杂,但最主要的就是一条,它离太阳太近了。我们能在地面上观测到一个天体的前提,便是它不和太阳同时出现在天空中(月亮有时可以看见,此处不论),而水星因为行进在太阳系诸行星中最里面的一条轨道上,在地球上看来永远出现在太阳周围很近的地方。量度天空中两个天体之间距离的参量,是它们的角距离,我们不妨按照下面式子的推导,来看一看水星和太阳之间最远能离开多远: 首先做一个最简单的假设:水星、地球在圆轨道上运行,半径为0.4个AU,而众所周知地,地球的轨道半径是1AU,按照正弦定理: 显然,当地球的视线和水星轨道相切时,最大,其值是: 当然,这个几何模型实在是太粗略了,水星的轨道并不是完美的圆形。它的轨道偏心率在太阳系八大行星中最大,e=0.205630,远日点的距离有时可以大到0.47AU,粗略地按刚才的方法做一个估计我们得到的事实是,水星的角距最大不会超过28°。也就是说,水星在天空中与太阳形影不离,我们只能在很少的时间里,在落日之后的余晖中和黎明前的晨曦里模模糊糊地看到水星的身影。当水星的角距与太阳达到最大时,我们称这时的水星和太阳达到了大距。如果水星在太阳的东边,我们就能在落日前看到它的身影,这时的大距叫做东大距,就如同我们即将看到的这次一样,vice versa。当然,并不是只有大距当天水星和太阳间的角距才会达到足够让我们看到的地步,大距前后不长的一段时间,我们都可以期许看到水星的身影。这段时间有多长呢? 地球的公转周期是一年,水星的公转周期是88天。我们做一点简单的计算得到,二者的相对角速度是 我们可以预计,水星大距前后它的切向角速度比较小。假如大距周围3°都适宜观测,我们可以得到一个简单的三角关系: 也就是说,差不多六分之一的时间里,我们有可能看到水星的身影。然而上面的计算并没有考虑一件相当重要的事情:太阳的赤纬。上面计算出来的值仅仅是水星和太阳之间的距离,而不是水星在日落时的高度角。我们知道水星大概是在黄道上运动的,那么它和太阳角距20°,也即差不多是黄道上的一个星座。以东大距为例,太阳在白羊座时,水星可能在金牛座,这些星座的纬度不同,太阳落山时的地平高度当然也不一样,我们当然期望水星尽量地在太阳北边的星座,以便我们看到它的身影,这次的水星东大距时,水星便差不多在白羊座的位置,赤纬相对较高,日落时的地平高度在北京可以达到18°,算是比较不错的条件了。事实上,决定水星大距期间观测条件好坏的更重要的因素就是它与太阳间的赤纬关系,冬至时太阳的赤纬很低,大距的水星的赤纬总比它高,观测条件就会比较好,而夏至期间的太阳高度角太高,水星大距的观测条件相对就会较差,春天以东大距为佳,vice versa 其实即使是这样的高度,观测起来也有相当的难度。对角距离没有概念的同学可以借助这样的类比:博雅塔高30m,100m开外,也就是花神庙处,博雅塔的视角就是这么大。 这个视角意味着什么?和博雅塔顶端齐晖的厚重云层、方正星云告诉我们,这个高度上不仅遮挡严重,接近地面大气的厚度也使得消光更加剧烈,为观测水星增添了极大的困难。 当然,水星之所以难以看到,和太阳距离过近只是原因之一,如果在那个位置上放的是一颗太阳呢(大雾)(这样地球的轨道很可能不稳定……)?冥王星惨遭开除之后,水星就成了太阳系行星里个头的吊车尾,它坑坑洼洼的表面的反照率也算不得高,而且大距附近的水星冲着我们的并不是整个被照亮了的圆面(好比月牙),这次大距期间,水星的星等只有1等,再考虑到低处严重的消光和遮挡,看到它的难度就又增加不少了。 同为地内行星的金星的轨道比水星远得多,自身反照率也很高,居然成为了地球上可见的最亮的日月之外的天体,可见一颗星的命运啊,当然要靠自我奋斗,但是也要考虑动力学的安排。按照相同的逻辑,我们可以外推出去,在火星看到地球尚且随意,到了木星轨道,看到和太阳距离总在arcsin0.2=11.5°以内的地球就实属不易了,在冥王星上看跟太阳几乎重合在一起、亮度6等上下的地球更是不可能完成的任务,太阳系行将灭亡之际,在冥王星上打点着人类文明博物馆的罗辑远望故乡却一无所见,长路漫浩浩,那是最深沉而无奈的黍离之叹。 题外话还可以再提两句,在同一个恒星系统的外面观测内侧的行星已然存在着如此多的苦难,想在太阳系之外发现这样的行星更考验着人类的智慧。更多间接的手段纷纷派上用场,这里不能展开,但我们很可能会在以后理论组的活动中为大家做进一步的科普。 离太阳近、本身也不亮,这就决定了水星很难被地球人容易地看到的命运。古人在没有污染和遮挡的天空中看到水星已不容易,今天的我们想在城市中看到水星的身影,难度就更大了。大距期间观测水星,需要的是好眼力和运气。 第一, 我们需要开阔的场地。西边不能有遮挡,楼、山都不能存在,这样才能有一览无余的视野。 第二, 我们需要一个好天气(微笑)。在北京,地平线上15°能看到在余晖中看到水星对透明度的要求是很考验人品的,这点我们也只能祈祷。 第三, 你需要一双好眼睛。 总之,即使在大距期间,水星的观测也有一定的难度。笔者到现在只在2011年一个冬、天看到过水星的身影。当时笔者所在的城市刚刚经历了寒潮,透明度十分极品,早上6点才过,我在位于城市西郊、东边很少遮挡的高中校园里,在地平线以上10°左右的地方目睹了水星的风采,白色的光点沉浸在东方的鱼肚白里,虽然没有更多细节,却足以让人铭记很久。 平心而论,不太好看。它的角直径即使在大距时也只有几个角分,用一般的望远镜分辨固然不难,然而却几乎看不出任何相位之外的细节,颜色没有特点,既没有金星月牙的小巧,也没有土星光环的玲珑,更没有木星云带的丰富,在几大行星中的观赏性是比较差的。然而我们追寻她的身影,本身就是个有趣的过程,又何必在乎最后看到的结果呢? |
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