今夜宜观星：本世纪最长月全食+“红火星”同框

2018 年 7 月 27 日 DeepTech深科技

最近是观测火星的好时机。在下周二，火星将处于其 15 年来离地球最近的位置，距地球约 3580 万英里。而在今天晚上，火星和太阳将位于地球的正对面，当天部分地区可见月全食。

那么，火星究竟会在何时接近地球？火星任务的发射时机与地火间距有何关系？小编今日就带各位一览其中的奥秘。

作为太阳系内的邻近行星，火星和地球有着很多相似之处。首先，两者都是主要由硅酸盐岩构成的类地行星；其次，两者都有倾斜轴，并都在太阳系的生命宜居带内绕太阳运动；此外，在各自的公转周期内（一年），两颗星球都会经历温度变化和季节性天气变化。

然而，由于所处的轨道周期不同，火星上的一年要比地球上的一年长得多，几乎是地球上一年的两倍。另外，所处的轨道不同也造成了两颗行星间的距离时大时小。但总的来说，火星每两年就会经历一次与地球从“合（conjunction）”状态（彼此远离）变为“冲（opposition）”状态（彼此接近）的位置变化。

地球与火星的轨道周期

地球绕日轨道的平均距离（半长轴）约为 149,598,023 公里，地球在近日点距太阳约 147,095,000 公里，地球在远日点距太阳约 152,100,000 公里。地球的轨道速度约为 29.78km / s，地球绕日公转一周所需的时间约为 365.25 个地球日，这里地球日指地球上的一天。

相比之下，火星绕日轨道的平均距离（半长轴）约为 227,939,200 公里，火星在近日点距太阳约 206,700,000 公里，火星在远日点距太阳约 249,200,000 公里。由于这种距离上的差异，火星以较慢的速度（约 24.077 km/s）绕日运动，需要约 687 个地球日（或 668.59 个火星日）才能完成绕日公转一周。

换句话说，火星上的一年长达近 700 天，是地球上一年的 1.88 倍。这意味着每当火星绕日完成一周公转时，地球已经差不多绕日公转了两周。当地球和火星分别位于太阳的两侧的时，火星与地球间的位置关系被称为“合”（彼此远离），而当二者都位于太阳的一侧时，二者间的位置关系被称为“冲”（彼此接近）。

图 | 轨道模拟图，外侧为火星轨道，内侧为地球轨道

“冲”状态

根据定义，当地球位于太阳和火星之间时，火星与地球间的位置关系便呈“冲”状态。“冲”约每两年零两个月（地球年，地球月）发生一次（更为准确的数字为 779.94 个地球日）。此时，地球上的人们可以在太阳从西边落下时看到火星从东边升起，在太阳从东边升起时看到火星从西边落下。

在“冲”状态期间，火星会成为夜空中最亮的天体之一，用肉眼就能看到。借助望远镜的话，则能观察到火星上的细节。但“冲”并不一定意味着地火两颗行星的距离最近。事实上，它只代表两颗行星在目前的轨道周期内处于距彼此最近的位置。

而这也正是各航天局火星任务发射时间的选定依据，较短的距离可帮助实现较短的飞行时间。

但由于行星的轨道接近椭圆，而火星的轨道比地球的轨道更为椭圆，火星近日点和远日点之间的差异与地球相比更大。此外，太阳系内的行星之间会相互影响，来自其他行星的引力也会影响行星的轨道形状。

图 | 哈勃望远镜于不同“冲”时期拍摄的火星照片

然而，地球与火星间距最近的情况仅发生在一段特定时间内（“冲”时期），这些时段内的地火间距比其它时段内的距离要短。但从更长时间尺度来看，即使是在“冲”时期，仍有地火距离更近的“冲”时期。这就造成了对“地火最近距离”的困惑，因为在更长时间尺度来看，总有地火距离更近的“冲”时期。

在一些“冲”时期，地火距离格外的近，因为这些“冲”时期发生在火星位于其近日点的位置。而在过去的几个世纪里，火星的轨道变得越来越长，使其轨道近日点距太阳越来越近，远日点距太阳越来越远，这就造成未来地球与火星在位置上处于“冲”状态时会离彼此越来越近。

根据天文学家的计算，火星与地球在 2003 年 8 月 28 日时互相之间仅隔约 55,758,118 公里，为近六万年来两颗行星间的最短距离。而在未来的 2287 年 8 月 28 日，火星将距地球约 53,588,405 公里，打破 2003 年的记录。

本世纪火星与地球将会发生两次“超亲密接触”，第一次将于 2050 年 8 月 14 日发生，届时火星与地球间的距离约为 5595.7 万公里。第二次将于 2082 年 9 月 1 日发生，届时两颗行星间的距离约为 53,583,780 公里。

如果你感兴趣的话，还可以参考文末的火星近地时间表，提前做好观测准备。

与往年不同的是，目前席卷火星表明的巨型沙暴让火星大气层充满灰尘，掩盖了通常通过望远镜可见的火星表面细节，但是在下周二的观测过程中，你将有机会一睹火星沙暴的壮观景象。届时，美国各地的观察站将举办火星观赏活动，而洛杉矶格里菲斯天文台将于当日早些时候起在线提供火星的实时观测图。

火星近地时间表：

2018 年 7 月 27 日

2020 年 10 月 13 日

2022 年 12 月 8 日

2025 年 1 月 16 日

2027 年 2 月 19 日

2029 年 3 月 25 日

2031 年 5 月 4 日

2033 年 6 月 27 日

2035 年 9 月 15 日

2037 年 11 月 19 日

2040 年 1 月 2 日

2042 年 2 月 6 日

2044 年 3 月 11 日

2046 年 4 月 17 日

2048 年 6 月 3 日

2050 年 8 月 14 日