月亮及行星觀測指南

來自北京巡天會天文攝影

一、月亮觀測

月亮觀測是路邊天文主要的觀測對象之一。如果天氣晴朗且不是農曆月初或月末，人們用肉眼就能看到月亮，但是每一個第一次從望遠鏡中看到月亮的人都會感到詫異，因為從古到今，月亮積澱了太多的神話傳說，而當我們把上面的細節拉近到人們可以清楚地觀察到的時候，大多數情況下是顛覆了他們原先對於月亮的認識與了解。以下介紹月亮觀測，尤其是在路邊天文觀測中的一些要點或常識。

（一）月亮簡介

1．概述

月亮俗稱太陰，是地球唯一的天然衛星，普遍認為是距今46億年前形成的，其成因有分裂說、俘獲說、同源說和大碰撞說等。月亮直徑3476公里，質量7.35*10¹⁶千克，距地球38.4萬公里。月亮的運動既有自轉又有公轉，且周期均為29.3天，所以我們在地球上看到的總是月亮的同一面，根據計算約佔月亮總面積的55%。

2.月球表面

在地球上觀察月球表面，發現上面有明暗不同的地方。其中暗的地方是月海，是月亮上低洼的地方。比較多的人認為月海是小天體撞擊月球時，撞破月殼，使月幔流出，玄武岩岩漿覆蓋了低地，形成了月海。在40～39億年前，月球曾遭受到小天體的劇烈撞擊，形成廣泛分布的月海盆地，稱為雨海事件。在39～31.5億年前，月球發生過多次劇烈的玄武岩噴發事件，大量玄武岩填充了月海，厚度達0.5～2.5千米，稱為月海泛濫事件。月海因此而成。通過望遠鏡觀察還可以看到月亮表面一個個環形山，現在認為是隕石撞擊形成的，其中許多比較大的環形山都以世界上的一些歷史名人命名，如萬戶、祖沖之、哥白尼、伽利略等。月海和環形山的分布如下圖。

圖 1：月海及環形山分布。本照片由筆者2009年10月3日攝于山西朔州

3.月球的運動

月球在繞地球公轉時，會因太陽照射角度不同而出現不同的月相，所以了解月面變化的關鍵在於月球在繞地球公轉時所處的位置，而且月相出現的時間，也和前述原因有關。當月球公轉至月球上弦位置時，下午就可以見到月亮；而在下弦位置時前半夜（午夜12時以前）看不見月亮，上午仍可以見到西方天空的月球。

圖 2：月相變化示意圖

月球在繞行地球公轉時，因為橢圓軌道的關係，使得我們可以多看到月面東側與西側的少許部分，這稱為月球的經度秤動；由於月球的自轉軸與月球公轉軌道面有6.7度的夾角，我們可以看到月球在天上「點頭」的情形，這種現象稱為月球的緯度秤動。

（二）月球觀測

月球的觀測手段有兩種，一種是肉眼直接觀測，另一種是望遠鏡觀測。前者可以學習觀察月面的圓缺周期以及對月食的觀測，後者用於清楚地觀察、辨認月球表面的海和環形山等。

1.觀測月面的目鏡倍率選擇

（1）低倍目鏡（Or40或Or25等低倍目鏡，Or是奧索史考匹克型目鏡的縮寫，下同） 使用口徑125毫米以下的中小型折射與反射式望遠鏡，物鏡焦距不會太長，所以使用25毫米焦距目鏡來看整個月面剛好。如果使用口徑200毫米以上的天文望遠鏡，則用40毫米的目鏡觀察，使月亮不超出目鏡範圍。

（2）中倍目鏡（Or18或Or12.5等中倍目鏡） 月面上的海、山脈和大型環形山都要用中倍目鏡來看。

（3）高倍目鏡（Or9或Or6等高倍目鏡） 月面上的小山，最適合用高倍目鏡來觀測，不過最好選擇赤道儀，否則不斷調節經緯儀是一件很累人的事，此外還必須不斷調整微調桿進行追蹤。

2.觀測日期和時間的選擇

可以看出月面西部的海比較多，環形山在月球表面幾乎分布比較均勻，但是從月相可以知道要想觀察海必須在陰曆每月十五、六之後，但是對於路邊天文而言，此時對月球的觀測已在午夜之後並且一般人對海的興趣不是很大，畢竟用肉眼就可以分辨出來，無需望遠鏡，所以這些時候一般不是觀測月球的路邊天文的最佳時機。而在每月初七、八，可以看到月面東部部分海，但是在月亮明暗交界處可以更清楚地看到很多環形山，並且從傍晚天黑一直到晚上9、10點整個月球的位置都在適宜觀測的範圍內，所以更有利於路邊天文觀測。這裡需要說明為什麼不選擇每月十五、六滿月時觀測。雖然這時我們可以看到整個朝向我們的月面，但是由於月亮反射太陽的光還是比較強的，所以用望遠鏡觀察，這些強光會掩蓋月面的一些細節，比如環形山之類的，不利於觀察。如果天氣晴好，從望遠鏡觀測月球反而還會感到刺眼，甚至不得不藉助月球濾光鏡，應該說對於路邊天文而言是沒有多大必要的。

二、行星觀測

在太陽系八大行星中，天王星和海王星等遠日行星由於公轉周期長，距離地球很遠，所以在路邊天文一般不作為觀測對象（除非它們處在距地球最近的位置附近時，這屬於特殊天象），在日常路邊天文中，火星、木星、土星、金星和水星經常被作為觀測對象。其中木星、土星距地球也較遠，但是它們屬於巨行星，木星的亮度很高，如果用高倍目鏡觀測可以看到上面的條紋和著名的大紅斑，還有最初由伽利略發現的4顆衛星（木衛一到木衛四）；土星可以看到漂亮的光環。其它三顆行星由於周期公轉較短，所以平時看到它們的幾率比較大，適於路邊天文觀測。

（一）木星觀測

1.木星簡介

木星是太陽系八大行星中體積和質量最大的行星，它赤道直徑142984千米，是地球的1321倍；質量1.9*10²⁷千克，是地球的318倍，比其他七大行星質量總和的2.5倍還多。其自轉周期為9小時50分30秒，公轉周期11年10月零10天。木星赤道稍鼓，兩極稍扁，主要由氫和氦組成，中心溫度估計高達30500度。木星是天空中第四亮的自然天體，僅次於太陽、月球和金星。

木星表面最大的特徵是著名的大紅斑，從東到西有40,000公里，從北到南有13,000千米，面積大約453,250,000平方千米。對於它是什麼目前仍有爭論，很多人認為它是一個永不停息的旋風，它的範圍可以吞沒3個地球。木星和其他氣態行星表面有高速颶風，並被限制在狹小的緯度範圍內，在接近緯度的風吹的方向又與其相反。這些帶中輕微的化學成分與溫度變化造成了多彩的地錶帶，支配著行星的外貌。光亮的表面帶被稱作區，暗的叫作帶，如下圖。

圖 3：木星表面

木星有16顆衛星，其中最大的四顆（木衛一到木衛四）是伽利略在1609年用自製的望遠鏡發現的，因此又叫伽利略衛星。木星也有一個同土星一樣的環，只不過較木星亮度較弱。

2.木星觀測

如果天氣晴好的話，基本上每天晚上都能看到木星。由於它是全天最亮的幾顆星之一，所以夜幕降臨木星是天空中最先出現的星星之一。每到木星沖日時，木星離太陽最近，所以離地球也比較近，看到的木星最大最亮。這個周期大約是400天（根據地球與木星的運動周期利用「追擊問題」可求得）。

木星的衛星（這裡特指伽利略衛星）在8倍左右就可以看清楚。當然如果你有一架不錯的單反相機，外加一個80-200的長焦鏡頭拍攝木星，然後放大也可以看到木星的衛星。從望遠鏡里一般都可以看到，而且由於它們基本上都在一個軌道平面內所以可以看到這4顆衛星以及木星在一條直線上。如果4顆不能全部看到，原因主要有以下兩種，一是看不到的衛星恰好運行到了木星的背面，二是其中一顆衛星離木星較遠，當把木星放在視野中央時反而看不到，這時只需要微調望遠鏡使其稍微偏離視野中央即可。

木星的圓面在30倍的情況下可以清晰看到。如果希望觀測木星表面的細節，100倍以上比較合適。

（二）土星觀測

1.土星簡介

土星是太陽系第二大行星，同時也是太陽系中衛星最多的行星，目前據統計有60多顆。土星直徑119300公里，質量5.69*10²⁶千克，自轉周期10小時39分，公轉周期29.5年，軌道距太陽14.294億千米。它與鄰居木星十分相像，表面也是液態氫和氦的海洋，上方同樣覆蓋著厚厚的雲層。土星上狂風肆虐，沿東西方向的風速超過每小時1600公里。土星上空的雲層就是這些狂風造成的，雲層中含有大量的結晶氨。

土星是太陽系中最漂亮的行星，因為它有一個惹人注目的光環，它使土星看上去像戴著一頂漂亮的大草帽。觀測表明構成光環的物質是碎冰塊、岩石塊、塵埃、顆粒等，它們排列成一系列的圓圈，繞著土星旋轉。土星的光環被若干個暗縫分開，從地面觀測得知被分成5個環，其中包括3個主環（A環、B環和C環）和兩個暗環（D環和E環）。A環和B環之間為寬約5000公里的卡西尼縫，它是天文學家卡西尼於1675年發現的，它是檢驗望遠鏡質量和大氣寧靜度的良好標尺。

圖 4：土星

2.土星觀測

用望遠鏡觀察土星主要是觀察它的光環。在良好的情況下土星的光環可以在20倍的情況下被辨認出來。由於土星的赤道面與軌道面的傾角較大，從地球上看，土星呈現出南北方向的擺動，這就造成了土星環形狀的周期變化。當光滑側面正對我們的時候，光環就成為一條細線，這是因為光環特別薄，厚度只有十幾公里，最大厚度也不超過150公里。這時如果用放大倍數較小的望遠鏡觀察，可以發現土星像一個棗核，如果倍數再大一點像一個插著棍的丸子。

用望遠鏡還能看到土星最大的衛星土衛六Titan，它亮度8.6等，直徑約4840公里，是太陽系中最大的一個衛星，比水星還要大。土衛六上有由氮氣組成的大氣層，也是太陽系中唯一存在大氣的衛星。

（三）火星觀測

1.火星簡介

火星是太陽系中與地球最相像的行星，因而有人把它稱為地球的孿生兄弟。火星直徑6794千米，質量6.419*10²³千克，自轉周期24小時37分22秒，公轉周期687天，公轉軌道距太陽2.2794億千米。它是離地球最近的一顆行星，有兩顆衛星。火星表面有一層薄薄的大氣，由於被紅色的土壤所覆蓋，所以從地球看上去呈橘紅色，它的兩極則永久地被乾冰所覆蓋。火星的表面有很多年代已久的環形山。但是也有不少形成不久的山谷、山脊、小山及平原，有被河流沖刷過的痕迹。所以很多人，尤其是科幻作家，都認為火星上存在生命。但是這個問題至今未得到徹底解答。

2.火星觀測

由於火星是離地球最近的一顆行星，所以火星觀測比較方便。火星大沖時最接近地球，離地球只有5500萬千米，是觀測火星的最好時機。火星大沖大約每15——17年重複一次，最近過去的一次大沖在2003年8月27日。用望遠鏡觀測火星是一片紅黃色的，仔細觀看可以發現火星的兩極區域有白色斑點，叫做極冠。紅色圓面上還有些暗黑色的條紋，那是火星表面的低地或峽谷。如果火星上發生大沙暴，火星表面就會變得模糊。

要想觀測火星取得滿意的效果，望遠鏡放大倍率應該在150倍以上，這對望遠鏡要求頗高。

圖 5：火星表面

（四）金星觀測

1.金星簡介

金星距地球也較近，其直徑12146千米，質量4.868*10²⁴千克，自轉周期243.02天，公轉周期224.701天。金星在夜空中的亮度僅次於月球，比最亮的恆星——天狼星還要亮14倍，這是因為金星表面有一層濃厚的大氣層，能將大部分陽光反射回太空。金星沒有天然衛星，並且它是太陽系中唯一顆逆向自轉的行星，也就是說在金星表面觀察，太陽是西升東落的。

2.金星觀測

金星要在日出稍前或者日落稍後才能達到亮度最大。它有時黎明前出現在東方天空，被稱為「啟明」；有時黃昏後出現在西方天空，被稱為「長庚」。用小望遠鏡觀測金星，可以發現它的邊緣時模糊的，這就是金星表面濃厚的大氣。有時金星表面還會出現一些明亮或者稍暗的條紋。由於金星的角直徑較大，所以有時30倍就可以清晰看到其相位變化。

圖 6：金星

（五）水星觀測

1.水星簡介

水星是太陽系中距太陽最近的一顆行星，同時也是最小的行星，只比月球大1/3。它的直徑4880千米，質量3.302*10²³千克。自轉周期58.65天，公轉周期88天。水星朝向太陽的一面表面最高溫度可達400攝氏度，背向太陽的一面可低至-173度。水星沒有衛星，表面與月球相似布滿環形山。

2.水星觀測

水星太接近太陽，所以常常被猛烈的陽光淹沒，它的軌道距太陽4590萬——6970萬千米之間，因此望遠鏡很少能夠仔細觀察它。水星合理的觀測倍率在200倍以上。

圖 7：水星表面

以上就是月球和太陽系前5大行星在路邊天文觀測中的觀測指南。由於筆者水平有限，文中不足之處，敬請北斗新老會員批評指正，在此表示感謝。

參考:

[1]北斗巡星會.北斗巡星指南.北航天協10周年珍藏版

[2]陳培堃.月面觀測指南.安徽科學技術出版社,百通圖書股份有限公司(台灣)

[3]蘇宜.天文學新概論(第三版).華中科技大學出版社

作者：徐宇傑

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