木星合土星

天文现象

以地球为中心看,木星与土星的赤经黄经相同时,被称为“木星合土星”。在天体发生事件时,往往是两个天体在夜空中看起来最接近的时刻,也是拍摄的最佳时机。

行星相合原理
两个行星运行到同一赤经黄经上,这一天象行星相合。由于木星的轨道靠内,土星的轨道靠外,木星更接近地球,因此木星在夜空中的视运动速度快于土星,就会发生木星合土星这一天文现象。
两颗行星A与B在同一平面上围绕同一中心O匀速旋转,其轨道半长轴分别为r1与r2,绕行一周的时间分别为t1与t2(单位为地球日),如上图所示。这两颗行星的运动速度(以每日转过的角度来衡量)为v1=360/t1以及v2=360/t2。如果它们的运动速度不同,那么在某一点处中心O会与两颗行星暂时位于一条直线之上,例如图中所示的OP这条线。
在1596年出版的著作《宇宙的奥秘》(Mysterium Cosmographicum)中,天文学家约翰内斯·开普勒就曾探讨过这两颗巨行星相合对地球的意义,两颗巨行星的光芒非常耀眼,以至于开普勒赋予其“大合”(the Great Conjunction)的专指名称。木星与土星这两颗气态巨行星,以接近正圆的轨道围绕太阳旋转,轨道半长轴分别为5.2个天文单位和9.6个天文单位,公转周期分别为11.862年和29.457年,计算出木星与土星的相合周期为19.86年。每经过三次木土相合之后,相合点会在黄道带上前进8.15°
观测
北京时间2020年12月21日21时22分发生木星合土星,木星在土星以南仅0.1度(6角分),太阳以东30度,两颗行星在同一望远镜视野中可见(不需要光学辅助就能彼此区分)。这次事件中国全境都可见,可见时间在傍晚,位置位于日落的西天夜空。此时,这两个行星位于摩羯座,从中北纬度来看,日落之后一小时,它们在西南地平线上方低空可见,行星的高度小于15°。当木星和土星赤道经度重合后5个多小时,它们再次发生黄道经度的重合。2020年的大合是自1226年以来最接近的木土相合,下一次这么接近要等到60年后2080年3月15日。
约翰内斯·开普勒(Johannes Kepler)在研究1603年的大合(木土相合)时,认为《新约·马太福音》第二章伯利恒之星指的就是木土相合。他计算出木星和土星的三重相合发生于公元前7年(天文计年为-6)。三重相合是木星和土星接近或处在(相对于太阳,与地球同侧)位置上先后发生的三次相合。因为这时从轨道内侧的地球上来看,木星和土星轨道存在显著的逆行,它们在几个月内的三次在赤道经度(或黄道经度)中发生重合。上一次三重相合发生在1981年,下一次三重相合发生在2239年。
2000年5月28日的大合两颗行星距离太阳太近,距角在太阳以西16.9°(5月31日赤经重合)或14.9°(5月28日黄经重合)处。行星仅在日出之前短暂的升起,随后就被淹没在强烈的阳光中。如果没有光学辅助手段,普通人很难观测到这一事件。
1623年7月16日的大合,木星与土星的角距仅有5.2角分,比2020年的大合更近,但因为这次大合与太阳距离太近(距角仅为12.9°)无法观测。因此,很多国内外媒体会从观测角度忽略1623年的这次大合,称2020年的大合是1226年3月4日(角距2.1角分)以来最近的一次,以至于我们会看到类似”2020年木土相合是800年来最近的一次“这种不科学的说法。
虽然2040年11月5日的大合平平无奇,木星合土星之间角距为1°14',是2020年大合的12倍以上,但在2041年4月16日前后会发生木星、土星、角宿一三星合满月的壮观天象。2080年3月15日的大合,木星和土星的角距仅有6.0角分,将比2020年还要更近一点,而且与太阳的距角为43.7°,非常适合观测。公元372年3月6日的发生的大合是从公元前423年到公元4523年间角距最小的,木星合土星之间只有1.9角分。
公元7541年的大合,除了会发生三重相合外,还会发生两次木星掩土星的掩星事件,是公元前6856年以来的首次。由于数据来源不同,无法计算出久远未来行星的精确位置,推测出的掩星确切性质也不同。
木土相合数据
在下面的图表中,如果土星与太阳的距角小于20°,说明这次木土相合由于靠太阳太近而难以观测。木土相合参数至少有两个坐标系。 一组是基于天球赤道坐标, 另一组则是基于黄道坐标,木星与土星黄道坐标间的角距通常更小。木土相合的赤经数据是基于地心的赤道坐标,更加便于观测,黄经数据是基于日心的黄道坐标,更加符合本质。 请注意,并不是每个观察者都可以在以下确切时刻看到木土相合,因为太阳落山后,两个行星不一定都位于地平线上方,或者观察者的位置处于白天。
复杂的规律
假如木星与土星的运转时间恰好是12年和30年,那么由此得出的20年相合周期会形成一种整齐而紧密相扣的循环,这种循环会有规律地重复自身。如果我们在这种理想化的场景中追随土星的位置,那么在两颗行星的首次相合(S1)之后,第二次发生于其之后运行轨道的三分之二处(S2)。第三次相合发生于土星下一运行周期的三分之一处(S3)。这之后再来一次相合,土星便会返回起点(S4=S1)。三次相合正好与土星的两次公转一致,循环会无限持续下去。
木星和土星轨道的实际情况却相当复杂。任意三次相合的循环(开普勒称之为三宫组,trigon)中所包含的实际的运行方式使这对行星从其黄道带起点处往后推了8°左右。因此,正如下图所示,二者的相合的位置看上去会以C1、C2、C3、C4、C5、C6……的顺序沿着黄道带行进。
开普勒设想了一种整齐而紧密相扣的循环。如果每60年相合的循环越过上次循环出发点的距离是9°而非8°,那么一个涵盖40次相合的模式可以完整地填满黄道带的圆周(40×9=360)。这样,一系列相合(可能三次或四次,每两次之间相隔60年)发生于黄道十二宫的每一宫之中。开普勒在1606年的著作《论新星》(De Stella Nova)一书中描绘了这样一些相合的序列。在右图左下角,我们可以看到1623年、1683年及1743年发生于狮子座的三次大合,由三宫组一个顶点的连续的9度移动来表示。在800年的时间里(或40个20年),这两个巨行星在每一个占星宫位中发生三至四次相合。一个人在其一生中可能至少会见到三次大合,其中每一次都由三宫组的三个不同顶点代表,例如1623年、1643年及1663年的三次大合。开普勒添加的1°很难被人注意到,每20年1°的误差会造成每60年3°的误差,而且它们出现于三宫组的不同顶点之上(这意味着每次都是完全不同的占星宫位)。
占星学意义
在西方占星学传统中,大合自中世纪以来便被看作一种具有特殊意义的天象。在中世纪晚期和文艺复兴时期,大合是第谷·布拉赫(Tycho Brahe)和约翰内斯·开普勒(Johannes Kepler)时代大多数天文学家的话题,此外还包括罗杰·培根(Roger Bacon)和皮埃尔·戴利(Pierre d'Ailly)等学术思想家,但丁·阿利吉耶里(Dante Alighieri)和威廉·莎士比亚(William Shakespeare)等作家在大众文学作品中也有提及。这种关注可以追溯到阿拉伯语书籍的欧洲拉丁文译本,最著名的是《论大合》(De magnis coniunctionibus)一书,翻译自阿拉伯学者阿布·玛沙尔(Abu Ma'shar)关于行星相合的著作《诸宗教与王朝之书》。甚至可以追溯至8世纪的巴格达,以及伊朗的萨珊王朝时期(3-7世纪)。
把连续发生的相合点在轨道上排列出来,可以发现每次相距约120°,从外观上看,它们的连线构成了三角形图案。以大约60年左右为周期,每经历三个相合点后,第四个相合点就返回到第一个附近。观测显示,这些回归点相对于第一个相合点偏移了8°。相继的三个相合点可以确定一组黄道星座(三个),占星学意义上黄道十二星座均分黄道(每个占据30°),所以在同一组黄道星座中出现的回归点不会超过四个(回归点偏移最多三次)。每四组三角形图案,占星家赋予古希腊四元素(火、风、水、地)中一种的意义,这种概念被称之为四个三位一体(Triplicity)或三宫组(Trigon)。每隔大约200年(10到12次大合),相合点进入一个新的三宫组中(也进入新的一组黄道星座),意义就变得非常重要。每隔大约800年(40次到41次大合),在相合点遍历所有四个三宫组之后,新一轮循环的开始则被赋予更加重大的意义。
最早的时候,一个三宫组(Trigon)被认为可以持续240年,而整个大周期则可以持续960年。但后来阿方索星表(Alphonsine tables)提供了更正确的估算。尽管周期起点计算不准确且存在一些分歧,公众认为这类天象代表了重大意义,这种观念催生了一大批出版物,直至16世纪末一直稳定增长。1583年的大合是水元素三宫组(Watery trigon)中的最后一个,因此人们普遍认为它预示了世界末日般的巨变。从教廷1586年颁布了反对占卜教皇诏书,到1603年相合点进入新的三宫组,期间并没有发生任何真正重大的事件,公众对此的兴趣便迅速消失了。
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