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天象預報

2018/07/27 火星大衝

   有「紅色戰神」稱號的火星於7月27日13:13(星期五)達到衝的位置,隨後於31日最接近地球,成為2003年以後至2035年以前的這32年間,最近、最大、最亮的「大衝」,數小時後的28日凌晨又將發生今年第二場月全食,且此時恰逢今年最小滿月,月球通過地球本影的時間偏長,成為本世紀最長的月食!臺北天文館推出一系列活動,與大家一起分享這些精彩的天象!想一睹紅色戰神的風采嗎?如果您也有觀測活動訊息想要公告給大家知道,歡迎來信通知:tam001@tam.gov.tw
臺北天文館2018火星大衝與月全食活動彙整

????★7/27(五)19:30-21:30 『天文快閃:火星衝』
    將大型望遠鏡搬到國父紀念館與您一起看火星!現場參與,無須事先報名,無須費用。歡迎各界有望遠鏡的同好們與各天文社團一起參與。當晚可以來幫忙的朋友填個資料喔: https://goo.gl/wySvPa
????★7/28(六)01:00起 『世紀最長月全食全球直播』
    讓您透過手機也能看到全世界看到的月食景象!  2018/7/28 月全食網路轉播專頁
????★7/28(六)18:00~21:00 宇宙紀事『火星大解密+望遠鏡觀測』
    從火星最新探測成果談起,帶您瞭解火星及觀察要訣,之後再透過望遠鏡一睹其神秘面貌!
    網路報名 https://goo.gl/3FYG9b
????★7/31(二)19:00~21:00 『火星最接近地球』望遠鏡觀測
    這天是火星離地球最近的一天,歡迎來天文館透過大型望遠鏡觀賞火星。
現場參與,無須事先報名,無須費用。
★第二觀測室望遠鏡固定開放:週六晚上19-21時。觀察目標每月公布於本館官網。現場參與,無須事先報名,無須費用。
2018火星大衝重點彙整。2018火星大衝重點彙整。

  關於本次火星大衝,臺北天文館特別與臺北E大合作,製作了一個3分鐘搞懂火星大衝的Q版教學微影片,如下,淺顯易懂,老少咸宜喔!您亦可至【臺北e大微課程】火星衝-等待15年,火星近了,或臺北天文館「天文影片頻道」觀看!


行星軌道並不是固定不變的
 
  行星繞日公轉軌道並非亙古不變。受到太陽、衛星和其他行星的重力影響,行星軌道其實會隨時間逐漸改變。

  一般來說,行星公轉軌道並非正圓而是橢圓,太陽在橢圓的其中一個焦點上。行星最接近太陽時為「近日點」,最遠處為「遠日點」。近日點和遠日點的連線稱為長軸,與長軸垂直的軸線便稱為短軸。長短軸的差異稱為離心率(或橢圓率),以e表示,長軸與短軸差異愈大(e愈大),天體軌道愈橢圓,反之兩者差異愈小(e愈小),天體軌道愈接近圓,當e=0時便為正圓形。

  以地球為例,現今的e約0.0167。根據比利時天文計算專家Jean Meeus計算西元1850年前後共2百萬年間的地球軌道,發現e值正減少中,在29500年後將小至0.0023,而在465000年後小至0.0006,幾乎接近正圓。但在這2百萬年的歷史中,e曾大至0.06。
 
  此外,行星軌道面也非固定不變。例如:Meeus等人以1850.0年時的地球公轉軌道面為標準面,同樣計算前後2百萬年間的情況,發現軌道面傾角i會有約4度的變化。

地球軌道離心率的變動狀況。原圖版權:Jean Meeus地球軌道離心率的變動狀況。原圖版權:Jean Meeus
地球軌道平面變動情況。原圖版權:Jean Meeus地球軌道平面變動情況。原圖版權:Jean Meeus
 
  火星軌道e值達0.093,使其近日點與遠日點的差距高達4320萬公里,是太陽系行星中,除了水星之外最大的。所以,對地球的觀測者而言,火星的距離、亮度等變化也是最大的,故而在中國古代有「熒惑」之稱,便是取其「熒熒如火、亮度與位置變化甚大使人迷惑」之意。
 
  與地球相同,火星軌道的偏心率與軌道面也會變化,而且變化量比地球還大。Meeus畫出1850年前後各1百萬年的火星與地球最小距離變化圖。由於火星的軌道偏心率逐漸加大,而地球的卻逐漸減小,因此將地球與火星軌道的種種變因融合之後,這2百萬年間火星將在西元25000年左右最接近地球,屆時距離僅有0.3613AU。
此外,根據Meeus的計算,地火之間在73,000年前曾近至0.3728AU,由此可知:2003年的0.37272AU至少是73,000年以來最接近地球的時候!過了2003年之後,下一次地火距離要打破2003年的紀錄,可得等到2287年(0.37225AU),而2650年的0.37201AU、2729年的0.37200AU,更是在第三千禧年中之最。

火星軌道偏心率變化狀況。原圖版權:Jean Meeus火星軌道偏心率變化狀況。原圖版權:Jean Meeus
火星軌道偏心率與相對於1850.0年的黃道面的軌道平面變化圖(上)與相對於現在瞬時黃道面的軌道變化圖(下)。原圖版權:Jean Meeus火星軌道偏心率與相對於1850.0年的黃道面的軌道平面變化圖(上)與相對於現在瞬時黃道面的軌道變化圖(下)。原圖版權:Jean Meeus
西元1850.0年(圖中橫軸的0點)前後共200萬年的火星與地球距離變化圖。原圖版權:Jean Meeus西元1850.0年(圖中橫軸的0點)前後共200萬年的火星與地球距離變化圖。原圖版權:Jean Meeus
 


  行星在天球上運行時,與地球的相對位置不斷的改變;當行星運行至某些特定位置時,天文學家會給予一個特定的名稱以茲辨明與地球的位置關係。其中,當地球公轉軌道以外的外行星(以及地球軌道以外的矮行星、小行星和彗星等太陽系天體)行至與太陽的經度相差180度、分別在地球兩側的特定位置時,稱為「衝」,幾乎是外行星在一個會合週期中最接近地球之時,此時亮度最亮、視直徑也最大,且行星於日落後便東昇,直至日出才西沈,整夜均可見到,故為觀測外行星的最佳時機。
 
火星的衝和最接近地球

        火星繞日公轉的週期為686.98日。但火星公轉的同時,地球也在公轉,從地球上觀察火星,相鄰兩次衝(或合)發生的時間稱為會合週期,約為779.94天。因此,每經過2年又49天,就會有一次火星衝。火星衝時非常明亮,在市區即可以肉眼看到明亮的紅色星點,望遠鏡下可看到較明顯的地表地形特徵。

  要注意的是:火星與地球之間的最小距離,並非火星的近日點距離(1.381367AU)直接減去地球的遠日點距離(1.016710AU)所得之0.36466AU。這是因為火星的軌道長軸方向並不與地球軌道長軸方向重合,而且火星軌道面相對於黃道面有約1.85度的傾角,因此在計算距離時,都要將這些三維空間的因素考慮進去。這個結果使得每次火星衝和火星最接近地球的時間會差了數天。

火星相對於地球的位置名稱火星與地球相對位置名稱。
 
火星大衝:每15~17年中的最佳觀測時機

  由於行星的軌道都是橢圓形,因此在每次衝時,行星和地球之間的距離都不同。行星與地球距離最小的衝稱為「大衝」或「近日點衝」。由於比平常的衝更近、更亮、更大,因此大衝更有利於外行星的觀測。

  火星每2年49天有一次衝,因此每兩年發生衝的日期便會往後推49天,火星在軌道上的位置也會漸漸推移。每隔約15或17年左右,火星衝發生時,火星恰好位在近日點附近,此時火星位置是15或17年來最接近地球的大衝,也稱為「近日點衝」。火星是地球外側軌道橢圓率最大的行星,近日點與遠日點差距達4320萬公里,使得火星近日點衝與遠日點衝的視直徑差異可高達2倍。

2010-2025年各次火星衝時,火星與地球相對位置及視直徑變化示意圖。2010-2025年各次火星衝時,火星與地球相對位置及視直徑變化示意圖。
2010-2025年各次火星衝時,火星與地球相對位置及視直徑變化示意動畫。2010-2025年各次火星衝時,火星與地球相對位置及視直徑變化示意動畫。 
 
  以下為1971-2035年間的火星衝時間:
1971-2035年間的火星衝時間
時間 視直徑 距離(AU) 時間 視直徑 距離(AU)
1971 08 10* 24.8" 0.376 2005 11 07 19.8" 0.470
1973 10 25 21.2" 0.441 2007 12 28 15.5" 0.600
1975 12 15 16.2" 0.570 2010 01 29 14.0" 0.664
1978 01 21 14.4" 0.654 2012 03 03 14.0" 0.674
1980 02 25 13.8" 0.677 2014 04 08 15.1" 0.621
1982 03 31 14.8" 0.637 2016 05 22 18.4" 0.509
1984 05 11 17.3" 0.537 2018 07 27* 24.1" 0.386
1986 07 10 23.0" 0.406 2020 10 13 22.3" 0.419
1988 09 28* 23.8" 0.396 2022 12 08 16.9" 0.550
1990 11 27 18.0" 0.523 2025 01 16 14.4" 0.643
1993 01 07 14.8" 0.628 2027 02 19 13.8" 0.678
1995 02 12 13.8" 0.676 2029 03 25 14.4" 0.649
1997 03 17 14.0" 0.661 2031 05 04 16.9" 0.559
1999 04 24 16.2" 0.583 2033 06 27 22.0" 0.427
2001 06 13 20.5" 0.456 2035 09 15* 24.5" 0.382
2003 08 28* 25.1" 0.373 說明:*表示為大衝 

  有趣的是:每隔79年會有一次情況近似的衝發生。這79年是「15+15+15+17+17」得出的。例如1877年9月2日的火星大衝(距離0.37884AU),在歷史上很著名,因有兩項重要的火星發現是在這年進行的:發現火衛一和火衛二、火星表面「渠道」的發現與描繪等。而間隔79年之後的1956年9月7日(0.37809 AU),也是一次火星大衝。這個79年重複週期的火星衝發生日期,僅僅相隔了2~5天而已。

  Meeus列出了火星兩世紀內幾乎落在火星軌道近日點和遠日點上的近日點衝和遠日點衝日期,如下表,大家可以動手算算看是否符合79年的間隔週期。
 
近日點衝 1845.8.18 1924.8.23 2003.8.28 2082.9.01
遠日點衝 1822.2.19 1901.2.22 1980.2.25 2059.2.27


  除了79年的週期外,火星衝還有一個更精確的284年重複週期,284相當於(793)+17+(152);比284年重複週期再更精密的,還有個363年(=284+79)的重複週期。

Meeus 列出距離小於0.375AU 的衝。實線連接了每個79 年週期序列,虛線則標出火星與地球距離愈來愈近的趨勢。原圖版權:Jean MeeusMeeus 列出距離小於0.375AU 的衝。實線連接了每個79 年週期序列,虛線則標出火星與地球距離愈來愈近的趨勢。
 

2018火星大衝:
 
  2018年火星衝發生於臺北時間7月27日13:13,不僅是相隔26個月才發生一次的衝,且為相隔15-17年才有一次的接近近日點大衝,距離地球僅0.38615AU,相當於5,776.8萬公里,亮達-2.8等,視直徑達24.3角秒,整夜可見。不過這個衝的時刻是在臺灣地區的白晝,所以必須等到晚上天黑時分才能看到火星,但其實衝前後數星期都是觀測火星的好時機,不用只執著於衝這一天。

  肉眼可見明亮的橘紅色星點,天氣良好時利用望遠鏡有機會看到極冠、奧林帕斯等火山、色西斯台地(大三角)、水手號峽谷等較顯著的地表特徵。可惜在摩羯座,對臺灣地區而言仰角稍偏低,建議午夜前後仰角最高時觀測,大氣干擾會比較少。

2018/7/27晚上21:00,火星和月球所在位置示意圖。2018/7/27晚上21:00,火星和月球所在位置示意圖。以上示意圖由Stellarium軟體產生。
2018/7/27晚上21:00,火星和月球所在位置廣視野示意圖。2018/7/27晚上21:00,火星和月球所在位置廣視野示意圖。以上示意圖由Stellarium軟體產生。

2018年火星相對於地球的重要位置與發生時間  不過由於火星軌道比較橢圓,所以「衝」時並不是火星最接近地球之時,而是通常會差個幾天。以下為本次火星大衝各重要位置發生的時間和相關訊息:
天象 距離(AU) 距離(km)
7 27 13:13 0.38615 5776.8萬
7 31 15:51 最近地心 0.38496 5759.0萬
7 31 23:00 最近臺北 0.38494 5758.7萬
9 16 20:54 過近日點 日距1.38 2064.5萬

  本次火星大衝是2003/8/29年來最大的一次火星衝,下一次的火星大衝將發生在2035/9/16。前後幾次火星大衝的比較如下:
日期 本地時間 地心距離(萬公里) 視直徑(角秒) 亮度
2003/8/29 01:59 5580.0 25.1 -2.9
2018/7/27 13:13 5776.8 24.3 -2.8
2035/9/16 03:39 5710.2 24.5 -2.8

  
 
如何觀察火星

  觀察火星很容易:7月底時火星約於約傍晚19:30-20:00東昇,即使在光害嚴重的市區也可以用肉眼看到它明亮的橘紅色星點,天氣良好時透過望遠鏡有機會看到極冠、奧林帕斯等火山、色西斯台地(大三角)、水手號峽谷等較顯著的地表特徵。不過其實不是只有火星衝當天能觀測到火星,事實上在火星衝前後數週都適合觀察火星。詳細的火星觀測資料,請參考臺北星空第84期專文「火星觀測」

火星地表較明顯的地形地貌。火星地表較明顯的地形地貌。

  以下為火星於2018年7月至10月初之前的升沒時間預報:
日期 中天 日期 中天
7/01 20:50 02:11 07:27 8/20 17:01 22:08 03:21
7/06 20:30 01:50 07:05 8/25 16:39 21:47 03:00
7/11 20:09 01:28 06:42 8/30 16:18 21:28 02:40
7/16 19:47 01:04 06:17 9/04 15:59 21:09 02:23
7/21 19:24 00:40 05:52 9/09 15:41 20:52 02:06
7/26 19:00 00:15 05:25 9/14 15:24 20:37 01:52
7/31 18:35 23:45 04:59 9/19 15:08 20:22 01:38
8/05 18:11 23:19 04:33 9/24 14:54 20:09 01:26
8/10 17:47 22:55 04:08 9/29 14:39 19:56 01:15
8/15 17:23 22:31 03:44 10/04 14:26 19:45 01:05
 
   對於您所見到的火星究竟是那個地形地貌,可參考Sky and Telescope雜誌的Mars Profiler互動軟體,輸入您所觀測的日期時間(需使用世界時,為臺北時間-8小時)就可以囉!
 
火星小檔案

火星小檔案
火星的基本資料及與地球的比較
  火星(Mars) 地球(Earth)
平均赤道半徑 3396公里 6378公里
平均赤道半徑(地球=1) 0.53 1
扁率 0.0059 0.0034
赤道重力(地球=1) 0.375 1
赤道重力(火星=1) 1 2.66
體積(地球=1) 0.151 1
質量(地球=1) 0.107 1(=5.9742x1024公斤)
密度(g/cm3) 3.93 5.52
自轉恆星週期(地球日) 1.026(=24h37m) 0.9973(=23h56m)
赤道傾角(度) 25.19 23.44
平均距離(天文單位,AU*) 1.5237 1.0000
離心率 0.0934 0.0167
軌道傾角(度) 1.850 0.000
公轉恆星週期(太陽年) 1.8809(=687天) 1.0000(=365.25天)
會合週期 779.9天 ---
反射率 0.16 0.39
最大光度 -3.0 ---
表面最高溫度(K**) 240 310
表面最低溫度(K) 190 260
表面最高處 奧林帕斯山,海拔21183公尺 聖母峰,海拔8848公尺
表面最低處 赫拉斯盆地,海平面以下7825公尺 馬里亞那海溝,海平面以下110公尺
大氣組成 二氧化碳、水汽 氮、氧、氬等
衛星數量 2 1
附註:*1天文單位=149597870公里,**K表絕對溫度,0℃時為273K。
 
火星衛星小檔案及與月球的比較
  火衛一 火衛二 月球
名稱 弗伯斯(Phobos) 戴摩斯(Deimos) (Moon)
發現年代(年) 1877年 1877年 ---
軌道半徑(公里) 9378 23459公里 384400公里
公轉週期(天) 0.3189 1.2624 27.3217
軌道橢率 0.015 0.0005 0.0554
衛星半徑(公里) 14x11x10 8x6x6 1738
光度(星等) 11.3 12.4 -12.7
 
 
 

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