◎文圖 中國科學(xué)院國家天文臺 郭紅鋒

一起學(xué)做行星逆行模型

◎文圖 中國科學(xué)院國家天文臺 郭紅鋒

同學(xué)們，我們從地球上觀察天空，會發(fā)現(xiàn)日月星辰時刻都在運(yùn)動中。你知道嗎？其實(shí)不是日月星辰在動，而是我們跟隨地球運(yùn)動時看到天體的相對運(yùn)動，就好比我們坐在行進(jìn)的汽車?yán)?，看到車窗外的景物不停地倒退一樣。?shí)際上景物沒動，是我們自己隨著汽車在向前運(yùn)動。

從地球上用肉眼觀察天體的運(yùn)動，叫做天體的視運(yùn)動。太陽系外天體（恒星等）的視運(yùn)動，只考慮地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)的影響，不考慮天體本身的運(yùn)動（因?yàn)樗鼈兙嚯x地球都非常遙遠(yuǎn)，其自身的運(yùn)動肉眼幾乎無法察覺）。但太陽系內(nèi)的天體，其視運(yùn)動里還包含著它們自身的運(yùn)動，例如月球圍繞地球的公轉(zhuǎn)，行星圍繞太陽的公轉(zhuǎn)等。

行星的逆行現(xiàn)象，就是行星視運(yùn)動的一種特別的天象。地球外側(cè)的行星除每天的東升西落（對應(yīng)地球自轉(zhuǎn)），還會在恒星背景里緩緩地由西向東移動（對應(yīng)行星本身圍繞太陽的公轉(zhuǎn)），這是行星的正常運(yùn)動，叫做順行。

但是，因?yàn)榈厍蛟趦?nèi)圈跑得比較快，所以地球在公轉(zhuǎn)的路上會不斷地超越外側(cè)行星，就像開快車超越旁邊車道上的車一樣。每當(dāng)?shù)厍虺酵鈧?cè)行星的時侯，原本向東移動的行星會先停下，然后反過來向西移動一小段（倒退），當(dāng)?shù)厍蛟谲壍郎铣^了行星之后，行星看起來又恢復(fù)由西向東的移動。這就是地心說無法解釋的行星的“逆行”現(xiàn)象。而以太陽為中心，所有行星（包括地球）都圍繞太陽轉(zhuǎn)動的天體運(yùn)動模式，都可以完美地解釋逆行現(xiàn)象（見圖1）。

地球內(nèi)側(cè)的水星和金星也會呈現(xiàn)逆行的運(yùn)動，從地球上觀察，內(nèi)行星永遠(yuǎn)只是在太陽附近來回擺動。太陽系內(nèi)其他天體，也都有逆行現(xiàn)象，但需要望遠(yuǎn)鏡才能觀察到。

為了更好地理解地球外側(cè)外行星的逆行現(xiàn)象，建議大家自己動手做一個模型，模仿天空中行星的運(yùn)動，觀察一下逆行的過程吧！

圖1　地外行星逆行演示圖

下面是地球與火星在太陽系內(nèi)的位置和運(yùn)動參數(shù)：

1. 地球距離太陽1個天文單位，火星距太陽約1.5個天文單位；

2. 地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)一周約365天，12個月，火星繞日一周687天，約24個月。

據(jù)此畫出地球與火星圍繞太陽公轉(zhuǎn)軌道位置示意圖（圖2）。再用一段硬紙做的桿，將地球和火星連接起來，指向天空，這樣我們就可以做一個火星逆行的模型啦！

一、制作方法

1. 剪裁地球與火星繞日公轉(zhuǎn)軌道模型（見圖2）；

圖2　地球與火星繞日公轉(zhuǎn)軌道模型

2. 剪裁地球與火星的連線桿（見圖3）；

圖3　從地球看火星的連線桿

3. 把地球與火星的連線桿的一端打一個小洞，能插入一支鉛筆的筆尖。

二、模擬演示火星逆行

1. 剪裁下來的地球與火星繞日公轉(zhuǎn)軌道模型平鋪在桌子上；

2. 用左手把連線桿的一端固定在地球上（例如圖4中內(nèi)圈上的位置1），同時連接火星（例如圖4中外圈上的位置1）；

3. 用右手握住鉛筆（穿過連接桿一端的孔）在天空點(diǎn)出火星在恒星背景中的位置（例如圖4右下角的位置1）；

4. 左手不斷移動連接桿，使其跟隨地球在公轉(zhuǎn)軌道上的位置（1、2、3……），同時連接火星公轉(zhuǎn)位置（1、2、3……），右手在天空點(diǎn)出相對應(yīng)的位置（1、2、3……）；

5. 把天空中的點(diǎn)用細(xì)線段連接起來（注意方向）；

6. 你就會發(fā)現(xiàn)火星在被地球追上以前是順行，被追上的時候停留，然后轉(zhuǎn)為逆行，當(dāng)?shù)厍虺揭院髣t繼續(xù)順行。成品圖如下（見圖4）。

圖4　從地球看火星在星空背景上的位置移動（順行、逆行）示意圖