答：为什么水星凌日出现会间隔那么久？

来源：国家空间科学中心

答：为什么水星凌日出现会间隔那么久？

上周六，空少为大家留了1个问题，来看看空少的解答以及从留言中选出的最佳答案吧！

想要查看原问题背景介绍的朋友们可以点击《问：为什么水星凌日出现会间隔那么久？》~下面就让我们来看看空少的解答吧！

空少正解

上期我们讲到，上周北京时间11月11日20：00到12日凌晨2：38（美国东部时间11月11日7:00到13:38），曾发生“水星凌日”（Transit of Mercury）的天文现象，水星在太阳“面前”飘过，看上去是一个小黑点从明亮的太阳表面缓缓“爬”过（花了好几个小时），正如下图水星凌日小视频所示。不过尽管说是很缓慢，毕竟宇宙中的尺度非常巨大，其实水星凌日时其运行速度达到每小时24.1万公里，相当于每小时绕地球飞6圈。

NASA发布的本次水星凌日小视频

（来源：https://mercurytransit.gsfc.nasa.gov/data/2019/movies/Mercury19_HMI_I/WholeSun/Mercury19_HMI_I_WholeSun.mp4）

水星凌日是一个发生频率相当低的事件。尽管上一次水星凌日还不算久远——2016年5月9日，但根据计算，下一次水星凌日要到2032年11月13日才会出现。水星凌日平均100年才出现13.4次，比起我们几乎每年都会看到的月食，实在是稀有得多。那么，为什么水星凌日出现会间隔那么久呢？

我们以前介绍过“黄道”（ecliptic）的概念，由于地球绕太阳公转，我们从地球上看太阳除了东升西落之外，其实轨道每天慢慢在天空背景上移动，一年正好移动一圈，回到原位，太阳如此经过的路线就叫黄道。用专业的语言说，为地球上看太阳于一年内在恒星之间所走的视路径。其实黄道面在宇宙中对应的平面就是地球轨道在天球上的投影。有趣的是，在太阳系中，地球、金星、火星这些行星的轨道轨道平面都相当的接近黄道平面，也就是说太阳连同八大行星就好像一个大圆盘一样。

太阳系行星的轨道都接近黄道面

（来源：https://www.jpl.nasa.gov/spaceimages/images/largesize/PIA16889_hires.jpg）

但是，这些轨道平面也不是全面与黄道面重合，存在一定的夹角，其夹角依次约为：

水星：7度

金星：3.4度

地球：0度

火星：1.9度

木星：1.3度

土星：2.5度

天王星：0.8度

海王星：1.8度

（附，冥王星：17.1度）

因此，水星和地球绕太阳公转的轨道之间存在7度的角度差。这就使得两个轨道面相交反映在轨道上其实只有两个交点，如下图示意图所示（注意，并不是轨道交点，轨道由于半径不同是不相交的）。这两个交点中，星球沿着轨道自西往东时，从下（南）往上（北）为升交点，反之为降交点。地球一年绕太阳一圈，大约每年5月8日前后经过水星轨道的降交点，每年11月10日前后又经过水星轨道的升交点。由于水星公转约88天、比地球快得多，所以在这两个日期有相当大的可能也正好经过这两个交点附近。由于太阳非常大，在非常接近轨道交点的位置，轨道夹角产生的南北向的差异还不大，有可能出现水星沿着水地连线的投影点在太阳上，也就是日水地三者恰好能排成一条直线，这时就可以出现水星凌日。

水星与地球轨道面相交示意图（来源：自绘）

那么，水星凌日出现时间的间隔不是固定的、并且间隔时间可能会很长（如这次与上一次相隔3年，却与下一次相隔13年）也就不奇怪了。宇宙的尺度如此巨大，即使某个升交点或降交点日期前后水星也在附近，它也并非一定也在升交点或降交点上，位置总会差一点点。

（1）也许它们的黄道经度差了一点点，毕竟我们上边也说了它一小时就能运行24.1万公里，这可比水星和地球的半径大多了，很可能因为几天甚至几小时的差异，让它们与实际的“交汇”失之交臂，也就是在东西向上有足够大的差异，这就不会出现水星凌日。

（2）在交点之外，水星和地球因为公转速度不同，仍有可能运行到相同的黄道经度，但毕竟这些轨道的尺度都太过巨大，7度的轨道角度带来的可能是数百万公里甚至更大的南北差异，这时也不会出现水星凌日。

留言区·精选

@水蛇ฉันคิดถึง

水星凌日发生的原理与日食相似。由于水星和地球的绕日运行轨道不在同一个平面上，而是有一个7度的倾角。二者只有两个交点：升交点与降交点。因此，只有水星处于轨道上的这两个交点附近，而日水地三者又恰好排成一条直线时，在地球上可以观察到太阳上有一个小黑斑在缓慢移动，这种现象称为水星凌日。而由于水星是地球的内行星，直径为4878千米。水星绕太阳运行的周期为88天，但是由于水星和地球的公转轨道存在一定的夹角，水星、太阳、地球很少会排列在一条直线上。因此这种水星凌日的天象每世纪只会出现13.4次。

@星空守望者 

水星虽然公转周期短，但是它的公转轨道倾角［相对于地球的黄道面而言］比较大，有7度之多，所以即使水星下合于太阳，它也往往位于视直径仅为半度的太阳视圆面之外，无法达成凌日的天象。