太阳系的神奇信使墨丘利——水星（2）

火星人

作者介绍
赖迪辉
天津城建大学经管学院副教授，硕士生导师。天津市天文学会理事，中国城市经济学会大城市委员会副秘书长。

赖迪辉老师1分钟前
希望我能用我所知道的知识，带着你看见一颗美丽的星球——水星！

图1 水星运行轨道示意图
接着上一节说过：水星应该算是第一颗大行星。就平均值而言，水星距离太阳5800万千米，在88天内环绕太阳一周。水星的轨道在地球的轨道之内，按照开普勒第一定律，它的轨道是椭圆的，太阳在一焦点上。它的偏心距，即椭圆的中心到焦点的距离达1200万千米，如果以长轴半径作为单位来表示，轨道的偏心率便是0.206。在近日点时，水星距焦点处的太阳达4600万千米；在远日点时，两者距离达7000万千米。在所有的大行星的轨道中，只有水星和冥王星的偏心率最大。
了解水星的运动

水星和地球的距离在一个会合周期里变化很大，我们说过，其会合周期是116天，大约是4个月。当水星经过太阳和地球之间，且下合又与水星的远日点相合的时候，它距离地球只有8000万千米，它的直径在我们眼里所对的角约12″。自然，当它把黑暗的半面对着地球时，我们就完全看不见它。当水星在太阳的那一面发生上合的时候，它与地球的距离可达2.2亿千米，那时，它的圆轮缩小至4″.5。但是，它向着我们的一面被太阳照着，比较容易用望远镜去观测它。
水星同地球和月亮一样，是一个黑暗的球，只反射太阳的光辉。在它绕着太阳的运行里，它也像月亮一样，按它被照明的半球被我们所能看见的大小给我们表现一连串的位相。上合时是满相，大距时是1/4相，下合时是新相。在一个会合周期里，这一切位相连续出现，所以会合周期规定了位相。

图2 色彩斑斓的水星
因为水星和金星的位相是肉眼所不能看见的，所以有人借以反驳哥白尼，他们说：如果水、金两星在地球的轨道之内环绕太阳运行，它们便应该表现位相。哥白尼回答道：“上帝将使人们发明仪器帮助视力，有一天你们会看见这些位相的。”真的，内行星的位相果然于17世纪被伽利略发现，成为日心体系的最有力的论证。
水星只在大距的时候才能为肉眼所看见，因为那时它和太阳的角距离最大。持续好几个晚上，我们可以看见它在下落前像一等星那样发光；或者，它在黎明前上升处发光，这需要看是东大距或者西大距而定。它离开太阳从来不会超过28°，所以它在太阳前后出没从来不会超过2小时；即使它在大距的日子，夜色相当黑暗，可以用肉眼看见它的时候，它也总是在地平线的附近。只要地平线上稍微有点薄雾，水星就不会被人看见。哥白尼在波兰的弗万恩堡就从来没有看见过水星。
传说中的水星逆行

图3 水星逆行示意图
水星还有一个神奇的现象叫做“水逆”。当水星运行的轨道方向与地球不同时，在地球上观看水星，就会产生水星在倒退行进的视觉效果。一年之中，每隔三到四个月左右水星会逆行一次，每次大约二十天。水星逆行并非水星的实际运行方向反向，而是由于水星运行轨道与地球自转带来的黄道角度差而带来的视觉上的轨迹改变。该现象在西方占星学上占据重要地位。占星家们认为“水逆”影响着记忆、沟通、交通、通讯等，会让相关事宜的进行变得缓慢，甚至在过程中察觉到一些阻碍的原因，让人感到情绪低落。从占星术的角度看来，占星师通常会建议人们不要选择在“水逆”期间做出重大决策和开始新的项目。当然上述推断是否具有科学依据，那是仁者见仁、智者见智了。

今天的社会生活已经不受太阳升落的支配了，许多人在夜半还在活动。很少有读者愿意在黎明里去找水星，比较多的人在黄昏里才去作这样的观察。为了有效地做这一工作，他们应当在天文年历里寻找水星在东大距的确切日期，这日期应在2月至6月里，最好是在5月1日前后。观测者应当在天气晴朗的时候和天空明朗的地方进行观察。观察者应当在夕阳光辉照耀的西天上捜寻，如果预备一幅小的星图，他便不难在许多比较暗的星星里辨认出特别明亮的水星。这是水星快要下落的时候，像太阳或者月亮快近地平线的情形一样，它的颜色逐渐由黄而变为红。如果有一位观测者在早上日出以前去做这个工作，他便该选择西大距的时候，这日期在8月至12月里，最好是在10月20日前后。

上面所说的用肉眼观察水星的情况，每年只有几个晚上和几个早上才办得到。用望远镜观测则可以看到更久一些。这样的观测最好在白天，在离地平线相当高的天空上进行，以便利用比较优良的大气条件。用小型的望远镜就可以观测，但必须有赤道仪的装置和经纬度盘，因为在灿烂的太阳附近去找水星，必须确知它的位置，校准仪器才可以一下子就找到它。许多观测者纵然在望远镜里也没有把水星找到，那是因为他们在判断上犯了错误，他们只注意到水星的视直径，却忘记了它整体的亮度才是它的特性。水星在上合时直径不过4″，但是它的圆轮迎面被太阳照着，在望远镜里，即使在中午也会引起观测者的注意。不但是在上合那一天，水星最接近太阳的时候，即使在以后几天里也是一样地引人注意。水星离太阳渐远，它的视直径虽然增加，可是它的亮度反而减低。即在大距的时候，水星还是可以被看见，但是以后就迅速地暗淡下去了。在东大距以后两周，即使在大望远镜里，水星也不能被人看见。在下合后，西大距前两周，它又出现。在望远镜里它的能见度继续增加，一直到下一次上合的前夕。

由此可见，因为水星急速地运动，好像在和我们玩捉迷藏的游戏。它刚刚出现，又很快隐藏，在落日的光辉里闪耀一下它的光芒，然后又迅速融合在阳光里，过几天又出现在破晓的东方天空，有时是昏星有时又是晨星。古人还以为它是两颗不同的星星呢！古埃及人把它们叫做塞特和何露斯，古希腊人把它们当做阿波罗和墨丘利两尊大神来崇奉。在夕阳光辉里首先发现水星的，是深信天命的古埃及牧羊人。塞特和何露斯像太阳的两颗卫星，总是陪伴着太阳。以后，证明了它们实在是一颗星，于是古埃及的天文学家认为水星是环绕太阳而不是环绕地球运行的行星。我们说过，托勒密
在他所主张的地心论里，为了要把水星的运行依附在太阳的运行之内，不得不有很大的牵强附会。总之，他从来没有把水星的运动计算得满意。今天我们知道其中的原因，这是由于水星的轨道十分椭长，和正圆有显著差异。
水星凌日

图4 水星凌日照片
水星运行的敏捷给予代表它的墨丘利神以种种相应的性格。人们给他脚上装了一双翅膀，把他看成是神灵的使者。他也是商人、医生的保护神，甚至是小偷的保护神！他的有两蛇缠绕的杖，今天用来装饰药剂师的门楣，也是今天天文年历里代表水星的符号。
假使水星和地球同在一个平面上环绕太阳运行，每逢下合的时候它必经过日面，平均1年必有3次。但是，水星运行的轨道面和黄道斜交成7°的角，要使水星的球体恰恰经过日面，必须使下合刚好发生在两轨道面的交线上。每年5月8日、9日和11月10日、11日，地球经过这根交线。所以，如果水星的下合适逢在这些日子的附近，便会产生水星凌日的现象。

图5 水星凌日路径示意图
由图4、图5可见，每次凌日，水星在日面所走的路径长短相差很大。虽然在表面上有这些复杂现象，可是5月里和11月里凌日的轨道各自是平行的。水星总是由东边进日轮，由西边出去。这是一种逆行（据理应当这样），和日食的时候月亮沿顺行进入日轮不同。根据哥白尼的日心理论，便很容易解释这种差异。
望远镜没有发明以前，人们不能观测水星凌日，自不待言。最初的一次观测在1631年。开普勒预言这一次凌日时期在11月7日。伽桑狄（Gassendi）说：“狡猾的水星想偷偷地溜过去，它在预料的时间以前就进了日面，可是它并没有逃过我们的注意。我发现了它，我观测了它，这是在我以前没有人做过的事。时间是1631年11月7日早上。”
自从那一次以后，每次水星凌日都曾被人观测过，因此人们便精密地测定了水星的轨道。勒威耶搜集了自伽桑狄以后直至19世纪中所有的凌日观测，加以讨论，才发现了水星轨道近日点的运动。