冲日&凌日&合日

亲爱的朋友，

想写点与天文有关的东西与你分享。其实，我这也是现学现卖，毕竟自己不是天文专业出身的。想聊的东西与太阳有关，会用到几个名词：冲日、凌日、合日。

先谈一谈我们的太阳系。她有一颗恒星——太阳，还有八颗绕日公转的行星，由内到外分别是水、金、地、火、木、土、天、海。在行星们绕日公转的过程中，会出现一些比较“好玩”的情形。在这些情形下，太阳、地球、其他行星三者之间的位置关系比较特殊，我们便将这些情形称为冲日、凌日以及合日。

（1）冲日

我觉得“冲日”这个名字可能取得并不很好，人们在不了解天文的情况下，难以从字面推测出其含义。但它对应的英文名字——opposition，倒可以让人对其含义一目了然。opposition，顾名思义，它指的是太阳和其他某个行星分别位于观察者（站在地球上）的两侧的情形。大概是下面这个样子：

“行星-地球-太阳”连线构成了180度角，这就是“行星冲日”。

显然，能够“冲日”的行星，其运行轨道必然要在地球绕日轨道之外。换言之，水星、金星“这辈子”都不可能“冲日”了。

为什么天文学里面非得把“冲日”这个概念凸显出来呢？仅仅是因为这种特殊的“180度角”几何关系吗？我觉得不是，其中定有“蹊跷”。

和月亮一样，行星本身并不会发光，只能反射太阳光。夜晚，明亮的圆月可以让人看清很远，我们此时观察月亮也很方便。“冲日”的行星会产生“满月”那样的效果从而方便人们去观察和了解它吗？这个问题的答案可以从https://astronomy.swin.edu.au/cosmos/O/Opposition中找到。

“冲日”现象是有用的，它确实有助于观察者在地球上观察行星。有些太阳系中的天体距离地球很远，甚至远过了海王星这个最外围行星，要发现它们很难很难。可当它们“冲日”的时候，太阳光照到它们后便径直地朝着地球反射过来，也就是说，这时它们反射给地球的太阳光最多，因而它们自己也最亮（在地球人看来如此）。天文学中，柯伊伯带指的是在海王星绕日轨道之外的小行星带。发现柯伊伯带中的小行星或许可以靠这种“冲日”现象。

（2）凌日

对“凌日”这个词，我感觉既熟悉又陌生。说熟悉是因为前段时间自学《微波通信》这门课时，有“凌日”这个概念。在《微波通信》中，它指的是人类发射的通信卫星在经过太阳与地球正中间部分时，其信号会受到太阳辐射的强烈干扰，因而不能正常工作。大概像下面这个样子：

“凌日”这个词，我觉得起得比较形象，英文名叫transit。在中文里面，“凌”字常与“霸”字组合在一起，是侵犯、欺侮的意思。太阳好好地照耀着地球，某个行星突然插入其间，“太阳-行星-地球”构成180度角，可不就是“凌”（“霸道”）吗？！

同样地，如果行星在地球绕日轨道之内，则它有机会“凌日”。如果在地球绕日轨道之外，例如火星、木星、土星、天王星、海王星，它们“这辈子”都不可能“凌日”。

“凌日”这个天文学里的概念被提出来，仅仅是因为“太阳-行星-地球”连线构成180度角这一特殊几何关系吗？答案显然不是。实际上，“凌日”现象对我们发现行星及地外生命非常有用。在这里，我们要将“凌日”中的“日”字拓宽理解为恒星，“凌日”能够帮助我们判断一个恒星系统中是否有行星，以及获得该行星的大小、运行轨道等信息。这是怎么做到的呢？不妨拿太阳系中的金星凌日举例。金星等太阳系中的一切行星，其实际大小都远远小于太阳，所以“凌日”的场景从地球上看来大概是下面这个样子：

“凌日”时，行星会挡住恒星照射向地球的光，虽然只是很小一部分的光，却仍然可以被探测到并被放大。恒星传输到地球的光能量（光亮度）在“凌日”发生时会陡降，如下：

这个陡降后的较低光亮度值持续了多久，就说明了“凌日”时长有多长；根据“凌日”时长，可以估计出行星绕恒星运转的轨道；而根据轨道，又能判断这颗行星是否位于“宜居带”（离恒星不近不远，适合生命生存的轨道范围）。另外，陡降幅度的大小反映了这个行星的大小，行星大一点，光亮度降幅也就多一些。

（3）合日

前面说，“冲日”没金星、水星的份儿，“凌日”没火、木、土、天、海什么事儿，那么，有没有“什么日”是大家都有份儿的呢？还真有，那就是“合日”。

其实，如果单纯从几何的角度或是从排列组合的角度看，既然都谈到了“太阳-地球-行星连线构成180度角”以及“太阳-行星-地球连线构成180度角”，那么接下来是不是该说一说“地球-太阳-行星连线构成180度角”的情况了呢？

“来，我们一起合张照吧！”行星这么对太阳说。

“好的！”太阳回应。

地球于是给行星和太阳拍合照。

请求与人合照，提出这样建议的人，是站在“前面”还是“后面”呢？一般应该是后面吧，毕竟你想与人家合照却还要抢镜头是啥意思呢？！这表明“合日”现象是“行星(后)-太阳(前)-地球(拍照者)连线构成180度角”。当然，朋友你与我合照尽管站我前方啊，我愿躺平做行星，无需发光发热，哈哈。下面分别是土星合日、金星合日示意图：

从图中，也能了解到“合日”对应的英文是conjunction，更准确地说是superior conjunction，因为关于“凌日”和“冲日”有另一种叫法是inferior conjunction。

相比“合日”，人们或许更喜欢在夜空中看到“金星合月”、“木星合火”、“土星合木”吧。我记得前段时间就有这些天文景象，彼时若加以留意，便不会错过了。

至此，简单地了解了一点天文知识，拿来与你分享。如有错误与不当之处，请你批评指正！