见过行星凌日,你见过行星凌行星吗

科技工作者之家 2020-11-17

双十一夜里,北京时间2019年11月11日晚8点多到次日凌晨2点多,水星从地日连线之间飞过,也就是所谓的“水星凌日”。

从地球的角度看去,水星这颗小点慢慢飞入巨大的太阳前面,然后一点一点飞出,整个过程历时约5.5个小时。

水星凌日位置预测图,蓝点表示水星,两点之间的位置间隔约30分钟,UTC时间12:39对应同天的北京时间20:39。来源:SDO [1]

如果你觉得这样的场景似曾相识的话——对的,我们探测系外行星的一大法宝“凌星法”,用的就是这个原理:太阳系外的恒星,也会周期性地被环绕它们的行星遮挡住一部分光芒。已退役的开普勒探测器就是用这种方法发现了2662颗系外行星(详见:再见开普勒,感谢你告诉我们不孤独)。

视频链接:https://v.qq.com/x/page/x1340f353c7.html

凌星法探测系外行星的原理示意。来源:NASA[2]

如果你发现并没有看到的话——也很正常,这次水星凌日发生在我国境内的夜晚,因此整个水星凌日期间在我国境内都不可见(看不到太阳还看个啥凌日对吧)。

本次水星凌日可见区域(黄色)的随时间的变化,中国境内全程不可见。来源:timeanddate [3]

不过即使没有亲眼看到,也不必太遗憾。2010年发射,至今依然在轨工作的太阳探测器——NASA的太阳动力学天文台(SDO),记录下了整个水星凌日期间多个波段下的情状。新鲜烫手,即刻重温:

视频链接:https://v.qq.com/x/page/h30200jzgac.html

2019水星凌日回顾。来源:NASA [4]

一个很自然的疑问产生了:行星凌日好像时不时就发生一次,但我们怎么好像就没见过行星凌行星呢?

这个感觉是对的:目前还活着的地球人,还真的就没有一个亲眼见过行星凌行星的。

但中国古代的人很可能见过,这在史书里有记载。

“凌”星这个现象在中国古代叫“掩(奄)”星,字面意思来看就是一颗星挡住了另一个星。如果两颗星角距稍微再远一点的话,就叫“犯”。

中国科学院刘次沅先生曾在《二十四史行星掩星考证》里统计了二十四史中留下的掩星记载。据刘先生的考证,二十四史中行星掩星(包括掩恒星)的记录有88条,其中行星掩行星的记录共11条[5]。

但这些确实是掩/凌星事件吗?不一定。

实际上,古代的掩星记录比实际的现代天文推算出的掩星事件要宽很多。因为肉眼观测的理论分辨极限是1角分,也就是说,两颗星的角距在1角分之内的话,肉眼都觉得是掩住了(但是按今天的标准,那些都不一定是掩/凌星),再加上行星通常较亮,即使两颗行星的角距比1角分还大一些,肉眼其实也可能分辨不出来。

刘次沅先生用NASA喷气动力实验室的DE102星历对这些记录逐一进行了推算考证。

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二十四史中的11处行星掩行星记录,两条灰色的记录明显应当是“犯”而不是“掩”。值得一提的是,从现代天文学的角度看来,木星掩火星其实是不可能的(因为木星比火星还要远),但由于中国古代似乎并不知道木星和火星的远近,所以也分不清楚当两颗星角距很近的时候是谁掩了谁。整理自:[5]

按照如今的星历数据推算,这11处记录中有2条中的两星角距分别高达1.2度和15角分,显然不可能是“掩”,而应该是“犯”,除了可能的肉眼观测误差之外,刘先生认为也可能是史书转抄引起的笔误。

那其他9条记录呢?按照如今的星历数据反推,似乎只有《金史》中记载的1170年9月12日木星掩火星确实属于“掩/凌”。

对,11条记录里可能有10条都不是。

为什么说“可能”呢?

因为用如今的星历推算的过往“掩/凌”星事件也是不准确的,随着轨道误差的累积,距我们越遥远的天文事件,推算的误差就越大。

也就是说,古人记载的是真的“掩/凌”星,但我们用现代星历反推出来的结果因为误差太大体现不出来了,这种可能性也是不小的。

但反过来,仅仅因为古代观测的标准更“宽松”,就说实际发生过的行星掩/凌行星事件比中国古代记载的少很多,这个倒也不是。

因为并不是所有实际发生过的凌星事件,都会被观测到。或者说,漏记是不可避免的。

通过现代星历的推算,我们可以粗略推算出上下2000年里发生过的行星凌行星事件。

公元1-4000年里发生的行星凌行星事件。不同颜色代表不同行星(灰橙红绿黄青蓝=水金火木土天海),上下分别表示掩(凌)和被掩(被凌)。来源:Occultation软件计算,EasyNight绘制[6]。CC BY-NC-ND 3.0

从公元1-4000年,从地球的视角来看,一共会发生116次行星掩/凌行星事件。

距离我们最近的一次是1818年1月3日的金星掩木星,甭管那时候有没有人看到过,ta肯定活不到现在。

而下一次行星掩/凌行星将会发生在2065年11月22日,依然是金星凌木星。

至于这次的水星凌日嘛…平均每个世纪大约会发生13次水星凌日,上一次水星凌日发生在2016年5月9日,下一次水星凌日则要等到13年后的2032年11月12-13日。

亲爱的观众朋友们,锻炼身体,都有希望!

参考文献:

[1] http://sdoisgo.blogspot.com/2019/10/mercury-transit-november-11-2019.html

[2] https://exoplanets.nasa.gov/alien-worlds/ways-to-find-a-planet/#/2

[3] https://www.timeanddate.com/eclipse/transit/2019-november-11

[4] https://www.youtube.com/watch?v=0yNzSwlnQ2Q

[5] 刘次沅, & 赛德曼. (1988). 二十四史行星掩星考证. 自然科学史研究, (2), 128-134.

[6] https://weibo.com/5456131713/GoD8uB60Q