天文 奇观 ：火星 大冲 是 怎么 回事 ？TheMars-EarthCollision(Opposition)
各位 同学 大家 好 我 是 李永乐 老师
昨天 是 2018 年 的 7 月 27 号
不 知道 大家 有没有 去 看 火星 大冲
有 同学 就 问 我 说 这个 火星 大冲 到底 是 什么 意思
它 的 周期 是 怎么 算 出来 的
今天 就 想 带 大家 了解 一下 这方面 的 知识
那 我们 首先 就 从 太阳系 说起
我们 知道 太阳系 现在 有 八 大行星 是 吧
这个 冥王星 被 踢 出去 了
太阳系 离 太阳 最近 的 行星 是 水星
然后 是 金星 然后 是 地球
然后 是 火星 木星 和 土星
以及 天王星 和 海王星
这个 一共 是 八个 八 大行星
这 里面 我们 以 地球 为 分界
地球 里面 的 这 两颗 行星
水星 和 金星 我们 称之为 内地 行星
而 地球 外边 的 这些 个 行星 我们 称之为 地 外行星
地外行星 ，好 ！(要 注意 :外行星 不是 个 系外行星 ）
那么 这 八 大 行星 有 什么 运动 的 规律
开普勒 德国 天文学家 开普勒
研究 出来 了 开普勒 行星 运动 三大 定律
其中 有 一个 开普勒 第三 定律
开普勒 第三 定律 它 怎么 说 的
它 说 行星 轨道 的 半长轴
我们 把 半长轴 近似 认为 是 轨道 半径
轨道 半径 的 三次方 与 这个 行星 围绕 太阳 运动 周期 的 平方 比值 是 一个 常数 ！啊 ！
这 里面 的 这个 r 就是 轨道 半径 ！
其实 是 呢 ？椭圆 轨道 的 半长轴 近似 认为 就是 半径 。
T 就是 公转 周期 比如说 地球 的 公转 周期 就是 365 天 好
那 这个 规律 告诉 我们
就是 地球 的 公转 轨道 半径 三次方 除以 地球 公转 周期 的 平方
它 会 等于 火星 公转 半径 的 三次方 除以 火星 公转 周期 的 平方
也 等于 木星 也 等于 土星 也 等于 水星 都 相等
那么 根据 这个 规律 我们 能 看出 什么
我们 发现 这个 公转 轨道 半径 三次方 与 周期 平方 比值 是 常数
所以 如果 r 比较 大 的话 那么 周期 也 会 比较 大 对 不 对
也 就 是 说 r 越大 ....
r 越大 则 周期 越大
那 你 知道 太阳系 的 八大 行星 谁 周期 最大 吗
当然 是 海王星 了
同样 道理 r如果 越小 的话 那么 它 公转 周期 也 会 越小
谁 的 轨道 半径 小
水星 离 太阳 最近 轨道 半径 最小 所以 它 的 周期 也 是 最小 的
我们 可以 简单 的 列 几个
比如说 水星 它 的 公转 周期 是 88 天
比如说 金星 它 的 公转 周期 是 225 天
地球 就 不用 说 了 对吧 地球 是 365 天 左右
再 比如说 火星 火星 的 公转 周期 687 天
你 看 它 越 往外 轨道 半径 越 大 周期 就 越 大
那 你 知道 海王星 公转 周期 有 多少 年 吗 它 有 165 年
所以 说 这个 越 往 外 它 这个 公转 周期 就 越长 好了
我们 知道 了 这些 之后 就 可以 大概 理解 什么 是 冲日 了
第二个 我们 来 研究 一下 火星 冲日
这个 火星 它 是 一颗 地外行星
它 在 地球 的 外边 但 它 离 地球 比较 近
所以 从 古代 开始 人们 就 对 火星 充满 了 无限 的 遐想
现在 还有 科学家 说 在 火星 上 发现 了 水 是 吧
所以 这个 火星 也许 就是 第二 地球 也 说不定
那么 这个 火星 冲 是 什么 意思
就是 我们 知道 这是 太阳 地球 在 里边 转
这个 是 地球 然后 火星 在 地球 的 外边 转
虽然 它们 的 轨道 不是 完全 在 一个 平面 内 的
但是 它们 接近 于 在 一个 平面 内
那么 有的 时候 地球 会 正好 跑到 太阳 和 火星 中间
它们 三者 成 一条 直线 此时 地球 和 火星 离得 比较 近
这种 现象 就 称之为 火星 冲日
我们 可以 想象 一下 它们 两个 谁 跑得 快
地球 在 里边 半径 小 周期 小 所以 它 转 得 快
而 火星 在 外边 半径 大 周期 大 所以 它 转 得 比较 慢
那么 地球 转 的 比 火星 快
所以 过 一会 地球 会 再 扣 火星 一圈 对 不对
比如说 地球 转到 这儿 来 了 火星 刚 跑 这
这样 的话 就 会 发生 第二次 冲日
那么 冲日 的 周期 怎么 算 显然 冲日 周期 并 不 难 算
什么 时候 地球 比 火星 多 跑 出 一圈
什么 时候 就 会 再次 发生 冲日 对吧
那 所以 我们 可以 这么 写 假设 冲日 的 周期 是 t 。
t 除以 地球 的 公转 周期 就是 这 段 时间 地球 转 几 圈 ，
t 除以 火星 的 公转 周期 就是 这 段时间 火星 转 几 圈儿 ，
一 减 应该 等于 1 ！为什么 ？
因为 地球 比 火星 多 跑 一 圈
我们 通过 这个 公式 可以 把 周期 算 出来
我们 合并 同类项 之类 的
它 这个 结果 等于 T 地 T 火 /( t 火 - t 地 )
那 我们 知道 地球 周期 365 天 火星 周期 是 687 天
你 把 这 两 数据 带 进去 最后 答案 779 天
也就是说 每隔 779 天 两年 多一点 的 时间
就 会 出现 一次 什么 火星 冲日
在 火星 冲日 的 时候 地球 和 火星 离得 比较 近
而且 太阳 发 的 光 会 照到 火星 上 把 火星 这 一面 照亮
把 火星 这 一面 照亮 的 时候 这 一面 还 正好 朝着 地球
所以 你 看 起来 火星 是 最大 而且 最亮 的
如果 火星 在 这个 位置 的话
那么 太阳 把 火星 照亮 那 一面 不是 就 完全 朝 地球 的
你 看起来 火星 就要 暗 一些 而且 它 离 的 远 对 吧
所以 这个 时候 看起来 又 亮 又 大
这个 时候 观测 火星 是 非常 好 的
那么 什么 叫 大冲
所谓 大冲 是指 这个 火星 绕 太阳 的 这个 轨道
它 不是 完全 是 个 圆 它 其实 是 个 椭圆
是 个 椭圆
所以 我们 重新 画 一个 图 这是 太阳
火星 绕着 太阳 在 做 椭圆 轨道 运动
而 太阳 是 在 火星 的 一个 焦点 上
在 火星 的 一个 焦点 上 好 了
地球 的 轨道 其实 也 是 椭圆
但是 地球 的 轨道 相比 于 火星 来讲 更 接近 于 圆
我们 把 地球 轨道 画成 这个 样子 这是 地球 轨道
所以 冲日点 （冲日点 ）可能 会 有 很 多种
比如说 地球 在 这个 位置 火星 在 这个 位置
这 就 冲日 了 对 吧
也 可能 地球 在 这个 位置 火星 在 这个 位置 这 也 是 冲日
也 可能 地球 在 这个 位置 火星 在 这个 位置 这 还是 冲日
但是 显 而 易 见 哪个 时刻 地球 离 火星 更 近
这个 地方
对 吧 这个 地方
这个 地方 火星 离 太阳 近 地球 的 轨道 接近 圆
所以 地球 离 火星 也 近 那 这个 现象 我们 就 称之为 大冲
所以 大冲 的 意思 是 什么 其实 就是 …
其实 就是 火星 在 近日点 附近
近日点 附近 发生 了 火星 冲日 是 吧
火星 跑 到 近日点 左右 了 然后 地球 在 这个 位置
它们 发生 了 冲日 这个 时候 是 所有 冲日 情况 离得 最近 的 时候
所以 你 看起来 火星 是 最大 最亮 的 非常 漂亮
那么 （大 ）冲日 的 时间 有 什么 时间 它 大概 是 15 到 17 年 循环 一次
这 一次 火星 冲日 就是 2018 年 7 月 27 号 你 说 我 忘 了 是吧
我 忘 了 那 我 下次 再 看 吧
下次 什么 时候 2035 年 9 月 15 号
那 17年 之后 你 不要 再 忘 了 是吧 好了
那 有 同学 问 我 说 地 外行星 有 冲日 这 一 说 那 内地 行星 有 什么
比如说 水星 如果 运动 到 太阳 和 地球 连线 中间
这种 现象 称为 水星 凌日 称为 凌日
金星 也 有 可能 运动 到 太阳 和 地球 中间
这个 现象 称为 金星 凌日
很 遗憾 金星 凌日 也 过去 了 上次 金星 凌日 是 2012 年
估计 大家 也 没有 看 是 吧
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