一起学做行星逆行模型

◎文图 中国科学院国家天文台 郭红锋

一起学做行星逆行模型

◎文图 中国科学院国家天文台 郭红锋

同学们，我们从地球上观察天空，会发现日月星辰时刻都在运动中。你知道吗？其实不是日月星辰在动，而是我们跟随地球运动时看到天体的相对运动，就好比我们坐在行进的汽车里，看到车窗外的景物不停地倒退一样。实际上景物没动，是我们自己随着汽车在向前运动。

从地球上用肉眼观察天体的运动，叫做天体的视运动。太阳系外天体（恒星等）的视运动，只考虑地球自转与公转的影响，不考虑天体本身的运动（因为它们距离地球都非常遥远，其自身的运动肉眼几乎无法察觉）。但太阳系内的天体，其视运动里还包含着它们自身的运动，例如月球围绕地球的公转，行星围绕太阳的公转等。

行星的逆行现象，就是行星视运动的一种特别的天象。地球外侧的行星除每天的东升西落（对应地球自转），还会在恒星背景里缓缓地由西向东移动（对应行星本身围绕太阳的公转），这是行星的正常运动，叫做顺行。

但是，因为地球在内圈跑得比较快，所以地球在公转的路上会不断地超越外侧行星，就像开快车超越旁边车道上的车一样。每当地球超越外侧行星的时侯，原本向东移动的行星会先停下，然后反过来向西移动一小段（倒退），当地球在轨道上超过了行星之后，行星看起来又恢复由西向东的移动。这就是地心说无法解释的行星的“逆行”现象。而以太阳为中心，所有行星（包括地球）都围绕太阳转动的天体运动模式，都可以完美地解释逆行现象（见图1）。

地球内侧的水星和金星也会呈现逆行的运动，从地球上观察，内行星永远只是在太阳附近来回摆动。太阳系内其他天体，也都有逆行现象，但需要望远镜才能观察到。

为了更好地理解地球外侧外行星的逆行现象，建议大家自己动手做一个模型，模仿天空中行星的运动，观察一下逆行的过程吧！

图1　地外行星逆行演示图

下面是地球与火星在太阳系内的位置和运动参数：

1. 地球距离太阳1个天文单位，火星距太阳约1.5个天文单位；

2. 地球围绕太阳公转一周约365天，12个月，火星绕日一周687天，约24个月。

据此画出地球与火星围绕太阳公转轨道位置示意图（图2）。再用一段硬纸做的杆，将地球和火星连接起来，指向天空，这样我们就可以做一个火星逆行的模型啦！

一、制作方法

1. 剪裁地球与火星绕日公转轨道模型（见图2）；

图2　地球与火星绕日公转轨道模型

2. 剪裁地球与火星的连线杆（见图3）；

图3　从地球看火星的连线杆

3. 把地球与火星的连线杆的一端打一个小洞，能插入一支铅笔的笔尖。

二、模拟演示火星逆行

1. 剪裁下来的地球与火星绕日公转轨道模型平铺在桌子上；

2. 用左手把连线杆的一端固定在地球上（例如图4中内圈上的位置1），同时连接火星（例如图4中外圈上的位置1）；

3. 用右手握住铅笔（穿过连接杆一端的孔）在天空点出火星在恒星背景中的位置（例如图4右下角的位置1）；

4. 左手不断移动连接杆，使其跟随地球在公转轨道上的位置（1、2、3……），同时连接火星公转位置（1、2、3……），右手在天空点出相对应的位置（1、2、3……）；

5. 把天空中的点用细线段连接起来（注意方向）；

6. 你就会发现火星在被地球追上以前是顺行，被追上的时候停留，然后转为逆行，当地球超越以后则继续顺行。成品图如下（见图4）。

图4　从地球看火星在星空背景上的位置移动（顺行、逆行）示意图