天体的合、凌、掩、食、冲

◎文图 中国科学院国家天文台 郭红锋

我们介绍过了天体的食、冲等的概念和观测方法。这一期我们继续介绍合、凌、掩的概念与观测方法。

简单来说，从地球上看天空中的移动天体（即太阳系内的天体），在运动中向另一个天体视觉上靠近的时候，就会发生合、凌、掩、食、冲等天文现象。

为了说清楚这些现象，我们先来介绍一下天球坐标系的概念。我们都见过地球仪，地球仪表面有竖直的圈线和水平的圈线，那些竖直的圈线叫做地理经度线，简称经度；那些水平的圈线叫做地理纬度线，简称纬度。地球上的经纬度系统组成了地球坐标系（见图1），可以描述地球表面任何一点的位置。

所谓天球，就是包裹着地球的无限大的球。我们把地球坐标系向天球推广，把经度圈和纬度圈都扩大到天球上，就有了天球上的经纬圈。但为了区别，我们称天球上的经度叫做赤经，称天球上的纬度叫做赤纬。这就是天球坐标系之一的以地球为中心的赤道坐标系。天球坐标系还有以其他点为中心的变换系统，例如，以地球围绕太阳运动轨迹在天球上的投影（即黄道）为基本圈的黄道坐标系，其经纬度称为黄经和黄纬等。

一般来说，两个天体合的过程就是它们在经度方向上接近的过程。这里说的经度，较严谨的说法是这两个天体在天球上有相同的赤经或黄经。一般来说，两颗天体的合意味着它们有相同的赤经（称为赤经合），或者两颗行星有相同的黄经（称为黄经合）。由于黄道与赤道之间有倾角，所以黄经合与赤经合的位置与时间都不一样，但差异不会太大。无论是赤经合还是黄经合，看起来都是这两个天体在天球上靠得很近，而我们这里介绍的是简易观测，不需要那么精确，故把两种经度的合简略为经度之合。

我们观察天空中的两个天体，当它们的经度相等时，其中一颗天体会从另一颗天体的北方或南方掠过；如果这两个天体在合的时候还有相同的纬度，则较靠近地球的这颗天体（简称近景天体）会从较远那颗天体（简称远景天体）的前方经过；如果其中一颗的影子能投射在另一颗的表面（或者这颗近景天体遮挡了远景天体），就发生食的现象。例如，月球在太阳前面经过，其阴影落到地球上就会发生日食。如果近景天体盘面远小于较远的远景天体，这时候地球上就可以看到远景天体圆面上有个小黑点在移动，这种现象称为凌（“凌”有以小欺大的意思）。例如，水星经过太阳前方时被称为水星凌日，金星经过太阳前方时被称为金星凌日。

反过来说，接近地球的近景天体盘面远大于较远的远景天体，就可能将后者完全遮蔽掉，这种现象称为掩。例如，每年都会发生几次月球经过行星或恒星的前方，将行星或恒星遮蔽的现象，称为月掩星。而月球经过太阳与地球之间，将太阳遮蔽的情形（二者盘面大小差不多），我们特别称为食，其实这是凌或掩的特例。

合的现象不仅与天体的相对位置有关，也与观测者的位置相关。就以从地球上观察太阳和月球为例，在合的时刻，太阳和月球看起来是在相同的方向上（此时为朔月，二者在经度上相等）；当太阳和月球在相对的位置时，则是冲（此时为望月，观测所见的太阳和月球分开在相反的方向上，经度相差180°）。

下面总结一下合、凌、掩、食、冲等现象（见图2）。

合：两个天体接近，在经度相等时称为合，合的时候两个天体视觉方向接近但不重叠。

凌：两个天体接近，在经度和纬度都相等时，圆面小的在前称为凌（此时两天体重叠）。

掩：两个天体接近，在经度和纬度都相等时，圆面大的在前称为掩（此时两天体重叠）。

食：两个天体接近，在经度和纬度都相等时，圆面差不多大的称为食（此时两天体重叠或部分重叠）。

冲：是地球与另一个天体在经度方向一致的时侯，但此时因观察者在地球上，故看不到自己，只能看到另一个天体，所以满月也可以算为冲。

合的概念比较宽泛，天空中天体合的机会也比较多。了解了合的概念，你在观察天体的时候就多了一些有趣的观察目标，例如经常会在天象预报里看到某某星合月，某某星合某某星等信息。2018年下半年夜晚就会出现多次观察天体相合的机会。

2 0 1 8年0 9月1 8日0 0∶4 6 月亮合土星2 0 1 8年1 0月 6日0 5∶5 8 月亮合轩辕十四2 0 1 8年1 0月1 2日0 5∶2 1 月亮合木星2 0 1 8年1 0月1 8日2 1∶0 1 月亮合火星2 0 1 8年1 0月2 7日2 1∶0 4 月亮合毕宿五2 0 1 8年1 0月3 1日2 3∶2 4 月亮合鬼星团2 0 1 8年1 1月1 1日2 3∶4 6 月亮合土星2 0 1 8年1 1月2 4日0 5∶1 1 月亮合毕宿五2 0 1 8年1 1月2 8日0 4∶5 7 月亮合鬼星团2 0 1 8年1 2月4日0 2∶4 2 月亮合金星2 0 1 8年1 2月1 5日0 7∶2 1 月亮合火星2 0 1 8年1 2月2 2日0 3∶4 9 水星合木星2 0 1 8年1 2月2 2日2 3∶0 8 木星合心宿二2 0 1 8年1 2月2 7日0 0∶0 6 月亮合轩辕十四

观测的方法可以用望远镜后面接单反相机拍照，也可以使用单反相机直接拍照，从相合之前到相合之后，拍摄一系列照片，然后合成。相合前后的照片可以是一个晚上拍的，也可以是连续几个晚上拍的，但要记录好日期、时间、经纬度等信息。感兴趣的同学可以先查一下预报或者星空软件，计划好观测时间和步骤，选择好观测地点等，提前把这些功课做好了，一定能获得好的结果。

希望同学们把观测和拍摄的结果（包括数据、绘制图表、照片等）和观察者信息（姓名、学校、联系方式、当地经纬度、测量日期与时间等），打包用附件形式发送到邮箱chinahou@bao.ac.cn，我们会核对您的数据，评价您的测量结果。