今夜宜觀星：本世紀最長月全食「紅火星」同框

08-31

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最近是觀測火星的好時機。在下周二，火星將處於其 15 年來離地球最近的位置，距地球約 3580 萬英里。而在今天晚上，火星和太陽將位於地球的正對面，當天部分地區可見月全食。

那麼，火星究竟會在何時接近地球？火星任務的發射時機與地火間距有何關係？小編今日就帶各位一覽其中的奧秘。

作為太陽系內的鄰近行星，火星和地球有著很多相似之處。首先，兩者都是主要由硅酸鹽岩構成的類地行星；其次，兩者都有傾斜軸，並都在太陽系的生命宜居帶內繞太陽運動；此外，在各自的公轉周期內（一年），兩顆星球都會經歷溫度變化和季節性天氣變化。

然而，由於所處的軌道周期不同，火星上的一年要比地球上的一年長得多，幾乎是地球上一年的兩倍。另外，所處的軌道不同也造成了兩顆行星間的距離時大時小。但總的來說，火星每兩年就會經歷一次與地球從「合（conjunction）」狀態（彼此遠離）變為「沖（opposition）」狀態（彼此接近）的位置變化。

地球與火星的軌道周期

地球繞日軌道的平均距離（半長軸）約為 149,598,023 公里，地球在近日點距太陽約 147,095,000 公里，地球在遠日點距太陽約 152,100,000 公里。地球的軌道速度約為 29.78km / s，地球繞日公轉一周所需的時間約為 365.25 個地球日，這裡地球日指地球上的一天。

相比之下，火星繞日軌道的平均距離（半長軸）約為 227,939,200 公里，火星在近日點距太陽約 206,700,000 公里，火星在遠日點距太陽約 249,200,000 公里。由於這種距離上的差異，火星以較慢的速度（約 24.077 km/s）繞日運動，需要約 687 個地球日（或 668.59 個火星日）才能完成繞日公轉一周。

換句話說，火星上的一年長達近 700 天，是地球上一年的 1.88 倍。這意味著每當火星繞日完成一周公轉時，地球已經差不多繞日公轉了兩周。當地球和火星分別位於太陽的兩側的時，火星與地球間的位置關係被稱為「合」（彼此遠離），而當二者都位於太陽的一側時，二者間的位置關係被稱為「沖」（彼此接近）。

圖 | 軌道模擬圖，外側為火星軌道，內側為地球軌道

「沖」狀態

根據定義，當地球位於太陽和火星之間時，火星與地球間的位置關係便呈「沖」狀態。「沖」約每兩年零兩個月（地球年，地球月）發生一次（更為準確的數字為 779.94 個地球日）。此時，地球上的人們可以在太陽從西邊落下時看到火星從東邊升起，在太陽從東邊升起時看到火星從西邊落下。

在「沖」狀態期間，火星會成為夜空中最亮的天體之一，用肉眼就能看到。藉助望遠鏡的話，則能觀察到火星上的細節。但「沖」並不一定意味著地火兩顆行星的距離最近。事實上，它只代表兩顆行星在目前的軌道周期內處於距彼此最近的位置。

而這也正是各航天局火星任務發射時間的選定依據，較短的距離可幫助實現較短的飛行時間。

但由於行星的軌道接近橢圓，而火星的軌道比地球的軌道更為橢圓，火星近日點和遠日點之間的差異與地球相比更大。此外，太陽系內的行星之間會相互影響，來自其他行星的引力也會影響行星的軌道形狀。

圖 | 哈勃望遠鏡於不同「沖」時期拍攝的火星照片

然而，地球與火星間距最近的情況僅發生在一段特定時間內（「沖」時期），這些時段內的地火間距比其它時段內的距離要短。但從更長時間尺度來看，即使是在「沖」時期，仍有地火距離更近的「沖」時期。這就造成了對「地火最近距離」的困惑，因為在更長時間尺度來看，總有地火距離更近的「沖」時期。

在一些「沖」時期，地火距離格外的近，因為這些「沖」時期發生在火星位於其近日點的位置。而在過去的幾個世紀里，火星的軌道變得越來越長，使其軌道近日點距太陽越來越近，遠日點距太陽越來越遠，這就造成未來地球與火星在位置上處於「沖」狀態時會離彼此越來越近。

根據天文學家的計算，火星與地球在 2003 年 8 月 28 日時互相之間僅隔約 55,758,118 公里，為近六萬年來兩顆行星間的最短距離。而在未來的 2287 年 8 月 28 日，火星將距地球約 53,588,405 公里，打破 2003 年的記錄。

本世紀火星與地球將會發生兩次「超親密接觸」，第一次將於 2050 年 8 月 14 日發生，屆時火星與地球間的距離約為 5595.7 萬公里。第二次將於 2082 年 9 月 1 日發生，屆時兩顆行星間的距離約為 53,583,780 公里。

如果你感興趣的話，還可以參考文末的火星近地時間表，提前做好觀測準備。

與往年不同的是，目前席捲火星表明的巨型沙暴讓火星大氣層充滿灰塵，掩蓋了通常通過望遠鏡可見的火星表面細節，但是在下周二的觀測過程中，你將有機會一睹火星沙暴的壯觀景象。屆時，美國各地的觀察站將舉辦火星觀賞活動，而洛杉磯格里菲斯天文台將於當日早些時候起在線提供火星的實時觀測圖。

火星近地時間表：
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

When will Mars be close to Earth??

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