天體的合、凌、掩、食、沖

◎文圖 中國科學(xué)院國家天文臺 郭紅鋒

我們介紹過了天體的食、沖等的概念和觀測方法。這一期我們繼續(xù)介紹合、凌、掩的概念與觀測方法。

簡單來說，從地球上看天空中的移動天體（即太陽系內(nèi)的天體），在運(yùn)動中向另一個天體視覺上靠近的時候，就會發(fā)生合、凌、掩、食、沖等天文現(xiàn)象。

為了說清楚這些現(xiàn)象，我們先來介紹一下天球坐標(biāo)系的概念。我們都見過地球儀，地球儀表面有豎直的圈線和水平的圈線，那些豎直的圈線叫做地理經(jīng)度線，簡稱經(jīng)度；那些水平的圈線叫做地理緯度線，簡稱緯度。地球上的經(jīng)緯度系統(tǒng)組成了地球坐標(biāo)系（見圖1），可以描述地球表面任何一點(diǎn)的位置。

所謂天球，就是包裹著地球的無限大的球。我們把地球坐標(biāo)系向天球推廣，把經(jīng)度圈和緯度圈都擴(kuò)大到天球上，就有了天球上的經(jīng)緯圈。但為了區(qū)別，我們稱天球上的經(jīng)度叫做赤經(jīng)，稱天球上的緯度叫做赤緯。這就是天球坐標(biāo)系之一的以地球?yàn)橹行牡某嗟雷鴺?biāo)系。天球坐標(biāo)系還有以其他點(diǎn)為中心的變換系統(tǒng)，例如，以地球圍繞太陽運(yùn)動軌跡在天球上的投影（即黃道）為基本圈的黃道坐標(biāo)系，其經(jīng)緯度稱為黃經(jīng)和黃緯等。

一般來說，兩個天體合的過程就是它們在經(jīng)度方向上接近的過程。這里說的經(jīng)度，較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼f法是這兩個天體在天球上有相同的赤經(jīng)或黃經(jīng)。一般來說，兩顆天體的合意味著它們有相同的赤經(jīng)（稱為赤經(jīng)合），或者兩顆行星有相同的黃經(jīng)（稱為黃經(jīng)合）。由于黃道與赤道之間有傾角，所以黃經(jīng)合與赤經(jīng)合的位置與時間都不一樣，但差異不會太大。無論是赤經(jīng)合還是黃經(jīng)合，看起來都是這兩個天體在天球上靠得很近，而我們這里介紹的是簡易觀測，不需要那么精確，故把兩種經(jīng)度的合簡略為經(jīng)度之合。

我們觀察天空中的兩個天體，當(dāng)它們的經(jīng)度相等時，其中一顆天體會從另一顆天體的北方或南方掠過；如果這兩個天體在合的時候還有相同的緯度，則較靠近地球的這顆天體（簡稱近景天體）會從較遠(yuǎn)那顆天體（簡稱遠(yuǎn)景天體）的前方經(jīng)過；如果其中一顆的影子能投射在另一顆的表面（或者這顆近景天體遮擋了遠(yuǎn)景天體），就發(fā)生食的現(xiàn)象。例如，月球在太陽前面經(jīng)過，其陰影落到地球上就會發(fā)生日食。如果近景天體盤面遠(yuǎn)小于較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)景天體，這時候地球上就可以看到遠(yuǎn)景天體圓面上有個小黑點(diǎn)在移動，這種現(xiàn)象稱為凌（“凌”有以小欺大的意思）。例如，水星經(jīng)過太陽前方時被稱為水星凌日，金星經(jīng)過太陽前方時被稱為金星凌日。

反過來說，接近地球的近景天體盤面遠(yuǎn)大于較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)景天體，就可能將后者完全遮蔽掉，這種現(xiàn)象稱為掩。例如，每年都會發(fā)生幾次月球經(jīng)過行星或恒星的前方，將行星或恒星遮蔽的現(xiàn)象，稱為月掩星。而月球經(jīng)過太陽與地球之間，將太陽遮蔽的情形（二者盤面大小差不多），我們特別稱為食，其實(shí)這是凌或掩的特例。

合的現(xiàn)象不僅與天體的相對位置有關(guān)，也與觀測者的位置相關(guān)。就以從地球上觀察太陽和月球?yàn)槔?，在合的時刻，太陽和月球看起來是在相同的方向上（此時為朔月，二者在經(jīng)度上相等）；當(dāng)太陽和月球在相對的位置時，則是沖（此時為望月，觀測所見的太陽和月球分開在相反的方向上，經(jīng)度相差180°）。

下面總結(jié)一下合、凌、掩、食、沖等現(xiàn)象（見圖2）。

合：兩個天體接近，在經(jīng)度相等時稱為合，合的時候兩個天體視覺方向接近但不重疊。

凌：兩個天體接近，在經(jīng)度和緯度都相等時，圓面小的在前稱為凌（此時兩天體重疊）。

掩：兩個天體接近，在經(jīng)度和緯度都相等時，圓面大的在前稱為掩（此時兩天體重疊）。

食：兩個天體接近，在經(jīng)度和緯度都相等時，圓面差不多大的稱為食（此時兩天體重疊或部分重疊）。

沖：是地球與另一個天體在經(jīng)度方向一致的時侯，但此時因觀察者在地球上，故看不到自己，只能看到另一個天體，所以滿月也可以算為沖。

合的概念比較寬泛，天空中天體合的機(jī)會也比較多。了解了合的概念，你在觀察天體的時候就多了一些有趣的觀察目標(biāo)，例如經(jīng)常會在天象預(yù)報里看到某某星合月，某某星合某某星等信息。2018年下半年夜晚就會出現(xiàn)多次觀察天體相合的機(jī)會。

2 0 1 8年0 9月1 8日0 0∶4 6 月亮合土星2 0 1 8年1 0月 6日0 5∶5 8 月亮合軒轅十四2 0 1 8年1 0月1 2日0 5∶2 1 月亮合木星2 0 1 8年1 0月1 8日2 1∶0 1 月亮合火星2 0 1 8年1 0月2 7日2 1∶0 4 月亮合畢宿五2 0 1 8年1 0月3 1日2 3∶2 4 月亮合鬼星團(tuán)2 0 1 8年1 1月1 1日2 3∶4 6 月亮合土星2 0 1 8年1 1月2 4日0 5∶1 1 月亮合畢宿五2 0 1 8年1 1月2 8日0 4∶5 7 月亮合鬼星團(tuán)2 0 1 8年1 2月4日0 2∶4 2 月亮合金星2 0 1 8年1 2月1 5日0 7∶2 1 月亮合火星2 0 1 8年1 2月2 2日0 3∶4 9 水星合木星2 0 1 8年1 2月2 2日2 3∶0 8 木星合心宿二2 0 1 8年1 2月2 7日0 0∶0 6 月亮合軒轅十四

觀測的方法可以用望遠(yuǎn)鏡后面接單反相機(jī)拍照，也可以使用單反相機(jī)直接拍照，從相合之前到相合之后，拍攝一系列照片，然后合成。相合前后的照片可以是一個晚上拍的，也可以是連續(xù)幾個晚上拍的，但要記錄好日期、時間、經(jīng)緯度等信息。感興趣的同學(xué)可以先查一下預(yù)報或者星空軟件，計劃好觀測時間和步驟，選擇好觀測地點(diǎn)等，提前把這些功課做好了，一定能獲得好的結(jié)果。

希望同學(xué)們把觀測和拍攝的結(jié)果（包括數(shù)據(jù)、繪制圖表、照片等）和觀察者信息（姓名、學(xué)校、聯(lián)系方式、當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度、測量日期與時間等），打包用附件形式發(fā)送到郵箱chinahou@bao.ac.cn，我們會核對您的數(shù)據(jù)，評價您的測量結(jié)果。