火星是不是银河系的八大行星之一 空中课堂最难以捉摸的行星

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在肉眼可见的5 颗行星中，火星的亮度和大小变化最为显著。在一个运行周期中，火星的亮度变化可达58倍（4.4 个星等），视大小变化达7.2 倍，均高居行星之首（表1）。最亮的时候可以盖过全天第一亮星——天狼星，最暗的时候比夏季大三角都逊色不少，“名次”已在30 左右了。

图1 2018 年火星的视大小变化示意图。当年7 月27 日发生火星冲日，7 月31 日火星距离地球最近，视直径达到了24.3 角秒，而年初和年尾都只有6 角秒左右。图源：《天文爱好者》杂志

表1 行星的视直径、视亮度变化表。图源：《天文爱好者》杂志

除了忽明忽暗的特性以外，火星的“行踪”也是行星中最变化多端的。这是由火星的会合周期决定的（图2）。太阳、地球和一颗行星（或月球）的相对位置循环一次的时间，称为“会合周期”。会合周期对于外行星来说就是行星相继两次“合”或“冲”经历的时间。火星的会合周期也在行星中排在榜首，平均为780 天左右，比排第二的金星长了近200 天。从图2 中我们可以看到，火星在冲日的时候，和太阳分别位于地球的两边，太阳落山时它升起，太阳升起时它落下，一整夜都能看到。并且这时它离地球更近，亮度也更亮，观测条件最好。在冲日前后一段时间里，即从东方照到西方照的这段时间里（平均约为200 天），火星的观测条件也都不错。而在合日时恰恰相反，它整天淹没在太阳的光芒中，无法看到。合日前后有差不多半年的时间，它离太阳的角距离都在30 度以内，不易观测。总之，在780 天的会合周期里，火星有超过200 天易于观测，但也有将近200 天踪迹难寻，“荧惑”之称可谓名副其实。

图2 外行星的运动示意图。当外行星与太阳位于地球两侧时（行星与太阳的黄经相差180°），叫做“冲日”，当外行星与太阳都在地球的同一侧时（行星与太阳黄经相同），称为“合日”。从合（看不见）→西方照（子夜升起）→冲（整夜可见）→东方照（正午升起）再到合，称为一个会合周期。从东方照到西方照的这段时间里行星和太阳的角距离比较大，观测条件比较好。图源：《天文爱好者》

表2 行星的平均会合周期。其中火星最长，水星最短。外行星越往外，会合周期越接近1 年。

另外，火星还会发生著名的“火星大冲”现象，这在行星中也是独此一家。我们知道，行星绕太阳公转的轨道都是程度不一的椭圆形。它们公转一圈时，会有一点离太阳最近，这时所在的轨道位置叫做近日点；还会有一点离太阳最远，这个位置叫做远日点。行星的公转轨道越扁，则远日点比近日点离太阳远得越多。火星的轨道偏心率（为0.09335825）是地外行星中最大的，它的近日点离太阳2.07 亿千米，而远日点离太阳2.49 亿千米，相差约1/3 个日地距离！相比而言，地球近日点距太阳1.471 亿千米，远日点距太阳1.521 亿千米，差别只有0.05 亿千米左右。如果冲日时的火星恰好位于近日点附近，那么我们就会看到一颗离地球几乎最近的火星，此时它又大又亮，是观测它的天赐良机。这就是火星大冲。如果火星冲日时，恰好位于其公转轨道的远日点附近，就称为“火星小冲”。其他外行星的轨道偏心率都比火星小，再加上距离遥远得多，大冲、小冲之别就远不如火星这么明显了。

每年的8 月30 日前后，地球经过太阳与火星轨道近日点的连线。如果这时发生火星冲日，那将是最佳的火星大冲（例如2003 年8 月27 日），火星视直径、亮度都达到最大。每年的2 月25 日左右，地球经过太阳与火星轨道远日点的连线。如果此时发生火星冲日，就是典型的火星小冲，它的亮度只有大冲时的1/6 左右。