见过木土相合，为什么从没见过行星凌行星？

/文：尞祡、haibaraemily

近几个月，如果大家傍晚看向西方的话或许会发现，有两颗很亮的星变得越来越近。这两颗星，一颗是木星，另一颗是土星。

2020年12月以来的土星和木星位置变化 | 模拟软件：Stellarium

昨天（2020年12月21日），一种叫做“木土相合”的罕见天文现象在夜空中上演。

2020年12月21日晚的木星（大的那个）和土星（小的那个） | 拍摄：papajames

 什么是“合”？这次的土木合有多近？

八大行星在天上永不休止地“跑圈”，速度又各不相同，不时出现的 “合”，就是他们错身而过的瞬间。在现代天文学定义里，“合”（conjunction）指的是从地球上看，两颗天体的黄经度数相同（也有用赤经的），这里的“天体”通常指是日月和行星。与“合”相对的，黄经差180度就是“冲”（Opposition）。

“合”和“冲”两种天象的位置示意图 | 汉化自维基

仅从“合”的定义来看，合这个状态本身和两星的距离远近并没有直接关系。但由于日月和行星基本都在黄道面附近（也就是黄纬不会相差很大），所以它们在相合的时候通常也会看起来比较近。这次的木土相合，两星的角距离只有约6角分。

6角分是个什么概念呢？

满月的直径大概30角分，天上最著名的双星——北斗七星中的开阳和辅星，相距也有11角分。

北斗七星中开阳和辅星双星间的角距。古代钦天监招募夜观天象的真·人肉观星机，就曾以肉眼区分开阳双星作为一项标准。

也就是说，这次的土星木星距离只有满月直径的五分之一，开阳双星距离的一半。

图 | EasyNight

总而言之，6角分这个距离是非常近的。

虽然基本都在黄道面附近，但太阳系的八大行星并非严格共面，因此行星相合的时候经常还是有一定距离的，例如2000年的木土相合距离1°11'之多，像今年这次这么近的属实不多见。据统计，从公元前1年也就是汉哀帝元寿二年至今，两千余年的百来次土木相合之中，角距离最近的一次发生在公元372年，有1.9角分，而本次的6角分距离可跻身前五，下一次能到这么近的，就要到2080年了。

公元前1年~公元3000年间距离最近的10次木土合，在已发生的土木合里，本次土木合距离可以排第五近 | 数据来源：Patrick M. Hartigan，整理制图：One Two

那有没有可能二者近到“碰上”呢？当然，我们说的不是真的“碰上”，只是从地球上看去的“借位碰”。Emmm这种“借位碰”当然是有可能的，这就是另一种天象“凌”(transit)，例如去年（2019年）双十一的“水星凌日”。

2020年11月11日的水星凌日位置变化图，蓝点表示水星，两点之间的位置间隔约30分钟，UTC时间12:39对应同天的北京时间20:39。来源：SDO [1]

那次水星凌日发生在我国的夜晚，因此整个凌日过程在我国境内都不可见，这个很好理解，连太阳都看不到还看个啥凌日对吧。

不过水星凌日这个例子其实是有点犯规的，太阳是太阳系最大的天体，在地球上看视直径大约30角分，当然是更加容易碰上的。不只是水星可以凌日，金星也是可以的。或许有的小伙伴还记得2004年6月和2012年6月的金星凌日，要是没看过的话还是有那么点儿可惜哦，因为下一次就是一百年后了…

2012年6月的金星凌日 | NASA [2]

当然，其他天上的东西也可以“碰”上，例如国际空间站这样的人造天体也会凌日，甚至日食也可以认为是一种广义的凌日。同理，前面讲过，满月视直径约30角分，自然月亮也更容易和其他天体“碰上”，不过月亮离地球更近，所以往往是月亮遮掩住了其他天体，也就是“月掩某星”。例如2018年1月27日的月掩毕宿五、2012年8月14日的月掩金星。

 行星“合”常见，行星“凌”才罕见

那么问题来了，行星的视直径都非常小，彼此之间到底有没有机会“碰上”呢？怎么感觉从来没见过呢？

这个感觉是对的：目前还活着的地球人，还真的就没有一个亲眼见过行星凌行星的。

但中国古代的人很可能见过，这在史书里有记载。

对现代天文学来说，“借位碰”这种情形下，小的从大的前面穿过才叫“凌”，而大的盖上小的则叫“掩”（occultation）。但由于行星的视直径小，又比较亮，古人其实是分辨不出行星大小的，所以不管是“凌”还是“掩”，古人通常都称之为“掩（奄）”。

中国科学院刘次沅先生曾在《二十四史行星掩星考证》 [3]里统计了二十四史中留下的掩星记载。据刘先生的考证，二十四史中行星掩星的记录共有88条，其中行星掩行星的记录共11条——注意，这88条里面，不只是行星掩行星，还有行星掩恒星的。

不过，想要知道其中有多少条是行星掩行星的记录，我们不仅要把行星掩恒星的记录去掉，还要甄别有些古人传抄时候搞出来的错别字。例如《宋史》里这条记录说：

咸平三年四月癸亥，辰星掩太白。

辰星是水星，太白是金星，咸平是宋真宗赵恒的年号，咸平三年大概是公元1000年。但这一年，没有发生过水星“掩”金星。仔细查看，这条记录在《宋史》中的分类竟然是“五纬相犯”，这个分类记录的是金木水火土这五大行星之间发生的“犯”这种天象。这“犯”又是什么呢，是指两颗星“光芒相及”好像相互侵犯的样子，但并没有“碰上”。从前后文看，这条“辰星掩太白“是把”犯“错写成了”掩“。

值得一提的是，前面说的“两千年来距离最近的那次”的土星合木星，史书上的记载是：

（晋）简文（帝）咸安二年正月己酉，岁星犯填星。

这里的岁星和填星就是木星、土星的古称。考虑到距离只有1.9角分，看来当时那位天文官员眼神儿真不错。

还有一些记录经过计算发现确实有问题，但我们并不清楚古人到底是怎么搞错的。唐至德二年、以及清康熙二十一年的两条行星掩行星记录，按照如今的星历数据推算，两星角距分别高达1.2度和15角分，显然不可能是“掩”，而应该是“犯”。这两个度数在天体观测中属于比较大的角度，很难用“古人看错了”解释，因此很可能也是笔误。

这样层层筛选下来，可靠的行星掩行星记录只有9条。

但这些确实是掩星或者说凌星事件吗？现在来看，还不一定。

实际上，古代的掩星记录比现代天文推算出的掩星事件条件要宽泛很多。按现代的标准，凌需要两颗星的圆面真的有接触，但古人其实无法准确判断这一点。毕竟古人没有天文望远镜，而肉眼观测的理论分辨极限只有1角分。也就是说，两颗星的角距在1角分之内的话，即便二者没有“碰上“，肉眼也基本分辨不出来了。甚至距离更远一些的，比如这次土星合木星，眼神不好的人可能会觉得就是“凌”了，但实际并没有遮掩的过程，是不能算数的。

刘次沅先生及其合作者用NASA喷气动力实验室（JPL）的DE102星历对这些记录逐一进行了推算考证。

二十四史中的11处行星掩行星记录，两条灰色的记录明显应当是“犯”而不是“掩”，应排除，所以实际共9条。值得一提的是，从现代天文学的角度看来，木星掩火星其实是不可能的（因为木星比火星还要远），但由于中国古代似乎并不知道木星和火星的远近，所以也分不清楚当两颗星角距很近的时候是谁掩了谁 | 整理自：[3]

结果非常的amazing啊，按照如今的星历数据反推，似乎只有《金史·天文志》中的一条记录确实属于行星掩行星：

（大定十年）八月戊申朔，木星掩荧惑，在参毕间。

这是发生在1170年9月12日的木星掩火星天象。按当代天文学的说法应该是火星凌木星，火星是在木星的前面的。

对，9条记录中有8条可能都不是

为什么说“可能”呢？

因为用如今的星历推算的过往“掩/凌”星事件也是存在误差的，随着轨道误差的累积，距我们越遥远的天文事件，推算的误差就越大。

也就是说，古人记载的是真的“掩/凌”星，但我们用现代星历反推出来的结果因为误差太大体现不出来了，这种可能性也是不小的。

但反过来，仅仅因为古代观测的标准更“宽松”，就说实际发生过的行星掩/凌行星事件比中国古代记载的少很多也是不妥的。

因为并不是所有实际发生过的凌星事件，都会被观测到。像是去年的水星凌日，在美国可以看到，中国因为处于夜晚而无法看到。如果这事发生在没有网络的古代，中国的天文官员自然也就无从记录，那么漏记就是不可避免的。

 下次“行星凌行星”，我还有机会吗？

通过现代星历的推算，我们可以粗略推算出上下2000年里发生过的行星凌行星事件。

公元1-4000年里发生的行星凌行星事件。不同颜色代表不同行星（灰橙红绿黄青蓝=水金火木土天海），上下分别表示掩（凌）和被掩（被凌）。来源：Occultation软件计算，EasyNight绘制 [4]。CC BY-NC-ND 3.0

从公元1-4000年，从地球的视角来看，一共会发生116次行星掩/凌行星事件。

距离我们最近的一次是1818年1月3日的金星掩木星，甭管那时候有没有人看到过，ta肯定活不到现在

而下一次行星掩/凌行星将会发生在2065年11月22日，依然是金星凌木星。

亲爱的观众朋友们，锻炼身体，都有希望！

 参考资料        

[1] http://sdoisgo.blogspot.com/2019/10/mercury-transit-november-11-2019.html

[2] https://solarsystem.nasa.gov/resources/389/venus-transit-across-the-sun-2014/

[3] 刘次沅, & 赛德曼. (1988). 二十四史行星掩星考证. 自然科学史研究, (2), 128-134.

[4] https://weibo.com/5456131713/GoD8uB60Q