利用行星的视运动规律,解析星空类高考试题

秦友华

随着科技的进步，多国火星探测器的发射成功，系列星空探测活动的开展，星空探测类研学越来越多成为高考试题命制的钟情点和高频考点，同时也成为高考试题的难点。本文从地内和地外行星两个方面，例谈行星视运动规律，以期突破星空类高考试题。

一、行星视运动相关概念

1. 合：太阳系中的两颗行星运动到同一直线时称为“合”。地内行星位于地球与太阳之间的叫“下合日”，其与地球分列太阳两侧的为“上合日”。地外行星位于太阳背后的为“合日”。

2. 冲：地外行星与地球的连线和地球与太阳的的连线夹角为180°。地外行星和太阳位于地球的两侧称为地外行星的“冲日”。

3. 大距：地内行星与地球的连线和地球与太阳连线的角距离达最大值时—“大距”。位于太阳东侧的为“东大距”，位于太阳西侧的为“西大距”。大距前后是观测地内行星的最佳时机。因此，地内行星只是在傍晚或凌晨时可观测。

4. 方照：地外行星与地球连线和太阳与地球连线垂直时称为“方照”。地外行星位于太阳东侧时为“东方照”，位于太阳西侧时为“西方照”。

二、地内行星视运动（以金星为例）

金星和地球在围绕太阳公转时，其公转周期比地球公转周期短，小于一个恒星年。于是金星在绕日公转过程中就不断超越地球，在地球上可观测到金星和太阳之间存在会合周期的视运动。图1为金星的视运动示意图。

当金星、太阳和地球位于同一直线上，金星和太阳位于地球的同侧，即“上合日”。此时金星和太阳同升同落，白天太阳光遮盖了金星，金星不可见，夜晚没入地平线下也不可见。

从上合日开始金星逐渐向东偏离太阳，到“东大距”时视角达最大值，此时，当太阳落山，金星滞后于太阳落山，傍晚时分可见于西方天空特别明亮的昏星——长庚星。

“东大距”后金星又逐渐靠近太阳，金星仍在太阳以东，傍晚时分西方天空仍可见，还是一颗昏星，只是没有“东大距”时明亮。

当金星、太阳和地球再次位于同一直线上，金星位于太阳和地球中间，即“下合日”。此时金星和太阳几乎一齐从东方升起，白天它淹没在太阳的光辉之中，傍晚又和太阳一齐下山，所以我们看不见它。有时白天可见金星的黑影在日面上自东向西移动，此现象称为“金星凌日”。（“凌日”只是地内行星在“下合日”时才可能发生）。

过了“下合日”金星便偏离太阳往西。金星先于太阳落山，傍晚看不见。同样金星早于太阳从东方升起，在黎明前的东方可以看到一颗明亮的晨星——启明星。此后它向西偏离太阳的角距离一天天增加，一直到增大到最大值——“西大距”。“西大距”时金星特别明亮，这是观察金星的又一最佳时机。

西大距后金星又逐渐靠近太阳，但仍然在太阳以西，黎明前可见。一直到与太阳会合，

以后它再次成为昏星，周而复始，年复一年重复“上合日→东大距→下合日→西大距→上合日”的周期性视运动。

在一个会合周期中，金星视运动可以简单归结为下表1：

水星公转的轨道位于金星内侧，在地球上观测视角较金星小，在傍晚和凌晨不易见，仅大距时或凌日时能见其身影。

注意：行星公转是自西向东，“东大距”是人面向太阳，地内行星位于太阳的左侧的最大视角距离;“西大距”是地内行星位于太阳的右侧。按运动方向，“西大距”位于“东大距”的东方。

三、地外行星视运动（以火星为例）

火星轨道位于黄道的外侧，其公转周期较地球长，大于一个恒星年，其在公转的过程中不断被地球超越。在地球上可见火星和太阳进行周期性的会合视运动。图2为火星的视运动示意图。

当火星和太阳、地球位于同一直线上，火星位于太阳的背面，称为“合日”。“合日”时火星和太阳同升同落，白天太阳光照强看不见火星，夜晚没入地平线下也看不到火星。

“合日”后，火星由于公转速度较地球慢，火星相对地球是自东向西运动，即逐渐偏离太阳向西运动。它先于太阳从东方升起，在黎明前的东方天空可以看见它，此时是一颗晨星。

随着火星与太阳的角距离逐渐加大，每天升起时的时间也一天天的提前，当火星与地球连线和太阳与地球连线成90度角时，称为“西方照”。在“西方照”时火星在子夜时分从东方升起，当日出时，火星位于正南方，因此，只有下半夜见于东南方天空。

“西方照”后火星与太阳的距离进一步加大，从东方升起时间更一步提前，当火星与地球连线和太阳与地球连线成180度角时——“冲日”。“冲日”时火星与太阳是此升彼落，太阳一落山，火星就从东方升起，次日早晨，太阳剛升起时它就在西方落山，彻夜可见。如在近日点附近，即“大冲”，这是火星观测的最佳时间。

“冲日”过后，火星位于太阳以东，逐渐靠近太阳，火星从东方升起的时间由傍晚超前到下午，大半夜都能见;当火星与地球连线和太阳与地球连线成90度时， 即“东方照”。“东方照”时火星正午时从东方升起，太阳一落山，火星就出现在正南方天空，子夜时分从西方落下。上半夜西南方天空可见。

“东方照”后火星进一步向太阳靠近，当火星与太阳、地球又在同一直线上时，就进入下一个会合周期的“合日”。如此循环往复，周而复始地重复“合日→西方照→冲日→东方照→合日”的视运动。

在一个会合周期中，火星视运动可以简单归结如下（表2）：

肉眼可以看到的地外行星有火星、木星、土星;其视运动的规律与火星相似，都是“合日”后一天天提前升起，“冲日”后一天天提早落下。

注意：地外行星绕日自西向东公转，由于地外行星公转的速度慢于地球公转的速度，其视运动表现为相对太阳呈顺时针循环。

四、典型例题

【例1】（2020年江苏模拟）某校地理老师带领同学们进行星空观察，在繁星中找到了金星、火星和木星，其位置关系如图3所示。据此完成下面问题。

（1）图4选项中能正确表示此时图3中各行星在太阳系结构示意图中位置关系的是（  ）

解析：图3中金星位于西方地平线上，说明是傍晚时分，金星只是在“东大距”附近时出现在西方天边;傍晚时分火星位于正南方天空，说明火星正午时分从东方升起，应为火星的“东方照”;木星位于火星的东侧，说明木星滞后于火星从东方升起，木星未到“东方照”，在“冲日”和“东方照”之间，如图5。

答案：C

【例2】北京时间2020年7月23日12时41分，在中国文昌航天发射场（19.61°N，100.72°E） ，我国用长征五号遥四运载火箭成功发射首次火星探测任务，正式开启火星探测之旅。“天问一号”于2021年2月进入环火星轨道。图6为“‘天问一号飞行轨迹及发射与到達时火星的位置示意图”。读图6，回答下面问题。

（1）“天问一号”发射和到达时，天文爱好者肉眼观测到火星的主要时间段分别是（ ）

A. 上半夜 下半夜   B. 上半夜 上半夜

C. 下半夜 上半夜   D. 下半夜 下半夜

解析：图示“天问一号”发射时火星位于“西方照”，如图7“西方照”时火星子夜时分从东方升起，日出时位于正南方天空，日出后消失，最佳观测时间为下半夜东南方天空。

“天问一号”到达火星时，火星位于“东方照”，如图8，“东方照”时火星正午时分从东方升起，日落时位于正南方天空，子夜时分火星落山，上半夜可见于西南方天空。

答案：C。

五、巩固训练

（2020年浙江高考真题）月球与八大行星一样作自西向东公转，在地球上的观测者可以观测到月球、地内行星经过太阳表面的天象，且前者比后者经过日面的时间短。据此回答第1题。

1. 若观测者在甲地某日先后观测到月球、水星经过太阳表面的天象，则第二天正午三大天体在星空中的位置（图9）可能是

（2019年浙江高考真题）月球表面既无大气，又无液态水。我国“嫦娥四号”是人类首次成功着陆于月球背向地球一面的航天器。 图10为地月系示意图，图11为某时刻月球远离地球的一端看到的太阳系中的明亮天体。完成第2题。

2. 图11所示时刻，月球可能位于图10轨道上的位置是

A. ①B. ②C. ③D. ④

（2019年浙江高考真题）图12为太阳系部分天体某时刻相对位置示意图。图13为某学生当日看到的局部星空。完成第3题。

3. 该学生面朝月球站立，其左侧为正东，此时为

A. 清晨 B. 正午 C. 黄昏 D. 子夜

（2018年浙江高考真题）2018年2月8日，南天区出现流星雨。图14为当天从北极上空看到的太阳系部分行星位置示意图。完成第4题。

4. 当天晚上，地球上能够观察到火星、木星、土星位置关系（图15）正确的是

（2020年浙江高三模拟）2019年7月10日晚，土星运行到一年中的最佳观测位置，当天土星入夜即可见，日出前落下。图16为当晚从北极上空看到的太阳系部分行星位置示意图，图17为某学生在南京紫金山天文台的观测记录。完成第5题。

5. 该日土星所处的轨道位置是

A. 1处 B. 2处 C. 3处 D. 4处

水星离太阳太近，总是湮没在太阳的光辉里，只有在水星大距时，出现短暂的观测机会。水星大距是指在地球上看，水星和太阳之间的角距离达到最大，当水星在太阳东边时为东大距、在太阳西边时为西大距。图18为2019年6月24日水星东大距时太阳系部分天体某时刻相对位置示意图。据此回答第6题。

6. 图中水星东大距时，水星所处的轨道位置是

A. ① B. ② C. ③ D. ④

【参考答案】

1. D。解析：观察者在第一天观察到水星经过太阳表面，这是“水星凌日”现象。“凌日”现象发生在下合日，第二天水星向西偏移太阳，水星应位于太阳西侧，先于太阳落山，早于太阳从东方升起。月球视运动的速度快于水星，第二天滞后于太阳落山，位于太阳的东侧。

2. B。解析：图11中金星位于西方地平线，这是金星处于“东大距”附近是一颗昏星，为傍晚时分。此时火星位于正南方，说明火星位于“东方照”，星起正午，子夜落山，上半夜可见，太阳一落山傍晚时分就出现在正南方天空。图10中傍晚时分为②位置。

3. D。解析：根据图12中火星和太阳分列地球两侧，该日为“火星冲日”，如图19。“火星冲日”时火星和太阳此升彼落，太阳落山，火星从东方升起，次日太阳从东方升起，火星从西方落下。图13中该学生面朝月球站立，其左侧为正东，说明月球和火星位于正南方天空，应为子夜时分。

4. A。解析：图14为木星与地球连线和太阳与地球连线相垂直，木星处于“西方照”时间，如图20。“西方照”时木星子夜时分从东方升起，日出时位于正南方天空。火星、土星未到“西方照”，应该是子夜后滞后于木星从东方升起，排列顺序自西向东依次为木星、火星、土星，其高度为木星>火星>土星。

5. A。解析：根据材料图17土星运行到一年中的最佳观测位置，当天土星入夜即可见，日出前落下。说明土星位于“冲日”附近，如图21，此时土星位于正南方天空，为子夜时分。

6. B。解析：根据材料，当水星在太阳东边时为东大距、在太阳西边时为西大距;从图18看，①②位置为水星大距;根据图中行星绕太阳运转方向判断，②位置时水星在太阳东侧，①位置时水星在太阳西侧，因此②为东大距时水星所处的轨道位置。故答案选B。

责任编辑 李平安