一起學做行星逆行模型

◎文圖 中國科學院國家天文臺 郭紅鋒

一起學做行星逆行模型

◎文圖 中國科學院國家天文臺 郭紅鋒

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

從地球上用肉眼觀察天體的運動，叫做天體的視運動。太陽系外天體（恒星等）的視運動，只考慮地球自轉與公轉的影響，不考慮天體本身的運動（因為它們距離地球都非常遙遠，其自身的運動肉眼幾乎無法察覺）。但太陽系內的天體，其視運動里還包含著它們自身的運動，例如月球圍繞地球的公轉，行星圍繞太陽的公轉等。

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

但是，因為地球在內圈跑得比較快，所以地球在公轉的路上會不斷地超越外側行星，就像開快車超越旁邊車道上的車一樣。每當地球超越外側行星的時侯，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），當地球在軌道上超過了行星之后，行星看起來又恢復由西向東的移動。這就是地心說無法解釋的行星的“逆行”現象。而以太陽為中心，所有行星（包括地球）都圍繞太陽轉動的天體運動模式，都可以完美地解釋逆行現象（見圖1）。

地球內側的水星和金星也會呈現逆行的運動，從地球上觀察，內行星永遠只是在太陽附近來回擺動。太陽系內其他天體，也都有逆行現象，但需要望遠鏡才能觀察到。

為了更好地理解地球外側外行星的逆行現象，建議大家自己動手做一個模型，模仿天空中行星的運動，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的位置和運動參數：

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. 地球圍繞太陽公轉一周約365天，12個月，火星繞日一周687天，約24個月。

據此畫出地球與火星圍繞太陽公轉軌道位置示意圖（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軌道模型（見圖2）；

圖2　地球與火星繞日公轉軌道模型

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軌道上的位置（1、2、3……），同時連接火星公轉位置（1、2、3……），右手在天空點出相對應的位置（1、2、3……）；

5. 把天空中的點用細線段連接起來（注意方向）；

6. 你就會發現火星在被地球追上以前是順行，被追上的時候停留，然后轉為逆行，當地球超越以后則繼續順行。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