天文教室

這裡收錄天文現象的解說——它們為什麼發生、什麼時候發生,以及怎麼親眼確認。多數課附上可以自己操作的圖,圖裡的數字是當場從軌道根數算出來的,不是打上去的。

行星在天空中的現象

先從親眼看得到的變化開始:行星為什麼倒退、何時整夜可見,以及為什麼水星和金星總跟著太陽。

行星為什麼會逆行

拖動時間,親手畫出火星在星空中倒退的那個迴圈。

連續幾晚記下火星的位置,有時會發現它在恆星之間往回走了一小段。火星並沒有掉頭;是地球和它各自繞著太陽運行,讓我們看出去的方向暫時反轉。拖動時間軸,可以同時對照兩顆行星的位置和火星在天空留下的路徑。

衝與合

從距角判斷行星何時整夜可見、何時靠近太陽,並比較火星各次衝的差異。

從地球看,太陽與行星在天空中相隔的角度稱為距角。把時間軸拖過一個週期,可以看到行星從靠近太陽、難以觀測的零度,移到與太陽相對、整夜可見的 180 度。

最大距角

為什麼這兩顆內行星永遠只在曙暮光裡出現,以及金星為什麼在眉月形狀時最亮。

水星和金星的軌道都在地球內側,從地球看去,它們不會離太陽太遠。沿時間軸走過一次出現期,可以看到距角逐漸增大,抵達最大值後再縮回零度。

太陽系的形狀與模型

換到黃道面上看軌道,理解太陽系這個盤、八大行星的運行,以及地心與日心兩種觀看方式。

太陽系模擬器

八大行星在黃道面上依真實比例與週期運行,可自由縮放與變速。

這張黃道面俯視圖依克卜勒軌道元素即時計算八大行星的位置,距離採線性比例。縮小可以觀察外行星的長週期運動;放大內太陽系,則能看清水星偏心較大的橢圓軌道。

黃道面

太陽系是一個盤。從側面看它是一條線,所以圖上必須說清楚自己誇大了多少。

太陽系形成時,旋轉中的氣體與塵埃逐漸聚成扁平的盤。行星大多沿著這個盤面運行,因此從地球看,太陽、月亮和行星總集中在天空同一條帶狀區域。

托勒密模型與日心模型

同一個幾何,兩種原點。把原點移過去,本輪會自己出現。

拖動滑桿,可以把座標原點從太陽逐步移到地球。行星的位置資料全程相同;地心圖上的迴圈,是每個座標都扣除地球位置之後得到的路徑。

軌道的長期變化

把時間尺度拉長,看看行星軌道本身如何緩慢改變,以及細微差異如何成為物理學線索。

近日點進動

軌道本身也會慢慢轉。看長軸六千年轉過的那幾度,以及水星多出來的 43 角秒。

行星的橢圓軌道並非永久固定。連接遠日點、太陽與近日點的長軸會緩慢轉動,使近日點方向隨年代改變。這種變化非常慢,需要把時間拉長到數千年才容易在圖上辨認。

學習單元

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行星在天空中的現象行星為什麼會逆行拖動時間,親手畫出火星在星空中倒退的那個迴圈。
行星在天空中的現象衝與合從距角判斷行星何時整夜可見、何時靠近太陽,並比較火星各次衝的差異。
行星在天空中的現象最大距角為什麼這兩顆內行星永遠只在曙暮光裡出現,以及金星為什麼在眉月形狀時最亮。
太陽系的形狀與模型太陽系模擬器八大行星在黃道面上依真實比例與週期運行,可自由縮放與變速。
太陽系的形狀與模型黃道面太陽系是一個盤。從側面看它是一條線,所以圖上必須說清楚自己誇大了多少。
太陽系的形狀與模型托勒密模型與日心模型同一個幾何,兩種原點。把原點移過去,本輪會自己出現。
軌道的長期變化近日點進動軌道本身也會慢慢轉。看長軸六千年轉過的那幾度,以及水星多出來的 43 角秒。

軌道元素取自 NASA/JPL「Keplerian Elements for Approximate Positions of the Major Planets」(Standish & Williams, 1992),適用 1800–2050 年。位置為幾何位置,未計入光行時與光行差——這是黃道面的教學圖,不是望遠鏡視野的模擬。

互動式逆行教具早有前人:Nebraska(NAAP)、Foothill AstroSims、New Mexico 大學、SimuFísica、福井大學 NoA、Marble Cafe、jsOrrery。本頁未使用他們的程式碼,計算與繪圖皆自行實作。

常見問題

建議先從哪一課開始?

拖動時間,親手畫出火星在星空中倒退的那個迴圈。 連續幾晚記下火星的位置,有時會發現它在恆星之間往回走了一小段。火星並沒有掉頭;是地球和它各自繞著太陽運行,讓我們看出去的方向暫時反轉。拖動時間軸,可以同時對照兩顆行星的位置和火星在天空留下的路徑。

互動圖上的數字是預先寫好的嗎?

這裡收錄天文現象的解說——它們為什麼發生、什麼時候發生,以及怎麼親眼確認。多數課附上可以自己操作的圖,圖裡的數字是當場從軌道根數算出來的,不是打上去的。

這些圖能當成望遠鏡尋星圖嗎?

軌道元素取自 NASA/JPL「Keplerian Elements for Approximate Positions of the Major Planets」(Standish & Williams, 1992),適用 1800–2050 年。位置為幾何位置,未計入光行時與光行差——這是黃道面的教學圖,不是望遠鏡視野的模擬。

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