大合相
大合相是指木星和土星的合相，這時兩顆行星在天空中出現的距離最近。大合相大約每20年發生一次，其時木星在其軌道上會「超越」土星。這類合相之所以冠名以「大」，是因為它們是迄今為止最罕見的裸眼可見行星（即不包括天王星和海王星）合相。[1]
歷次合相時，兩顆行星的距離不同，通常介於0.5到1.3度（30到78角分，或滿月寬度的1到2.5倍）。極近距離的合相發生頻率要低得多（儘管按照內行星的標準，1.3°的最大距離已是很近的值了）：自1200年以來，相距小於10角分的事件只發生過4次，最近一次是在2020年。[2]
歷史
大合相在歷史上曾被當作預兆而得到過極大關注。在中世紀晚期和文藝復興時期，無論是第谷和克卜勒時代之前的前科學和過渡時期的占星天文家，還是籮吉爾·培根和皮埃爾·戴伊等學者，都曾將大合相作為他們討論的話題。但丁[3]和莎士比亞[4]等作家的流行文學作品中也提到過大合相。在歐洲，這種興趣可以追溯到阿拉伯語文本的翻譯作品，以阿巴拉薩關於合相的著作為代表。
儘管存在數學上的錯誤，而且占星家們對宮位何時開始存在一些分歧，但對此類事件意義的信仰產生了一系列作品，其數量保持增長直至16世紀末。由於1583年的大合相是發生在水象宮位的最後一次，人們普遍認為它預示著世界末日的變化；1586年，教宗還因此下詔反對占卜。然而，在占星家預測的1603年裡，並沒有發生任何令人擔憂的重大事件，公眾的興趣隨之迅速消失。等到下一次宮位起始時，現代科學共識早已將占星術確立為偽科學，行星排列不再被視為預兆。[5]
天體力學
平均每19.859個儒略年（每個儒略年為365.25天）就會出現一次大合相。這個數字可以通過會合周期公式計算出來：
其中，J和S分別是木星（4332.59天）和土星（10759.22天）的軌道周期。[2]（實際上，由於地球的軌道尺寸，大合相在平均發生時間之後的幾個月里可能再度發生）。由於其他裸眼可見行星之間的合相周期都少於27個月，大合相是最罕見的。
偶爾地，單季里也會出現多次大合相，這發生在兩顆行星沖日時：這被稱為三重合相（該名詞不僅用於指稱大合相事件）。
最近一次大合相發生在2020年12月21日，下一次大合相將發生在2040年11月4日。在2020年的大合相期間，兩顆行星在天空中最接近時相距6角分，這是自1623年以來兩顆行星最近的距離。[6]之所以如此接近，是因為合相發生在兩顆行星軌道看似（太陽視角，與地球類似）相交的兩條黃道經線之一的附近。
由於19.859年等於1.674個木星軌道和0.674個土星軌道，三次合相周期近似於完成一整圈。這就是為什麼如右圖所示的經度周期形狀近似於三角形。三角形的三個點與行星同向旋轉，速度大約是每四個世紀轉六分之一圈，因此每隔約四個世紀，會有一次極近的合相。目前，近距離大合相的經度約為307.4度和127.4度，分別位於摩羯座和巨蟹座。然而，由於地球在其軌道上的位置不同，地球視角上兩顆行星的位置會比其日心經度提前或落後最多10度左右。[2]
相對於地球軌道平面（黃道面），土星的軌道平面傾角有2.485度，木星的軌道平面傾角有1.303度。有趣的是，兩顆行星的升交點都很相似（木星為100.6度，土星為113.7度），這意味著如果土星在地球軌道平面之上或之下，木星通常也是如此。因為這些交點排列得如此之好，預計每次合相時的距離都不會比兩顆行星的軌道傾角之差大太多。事實上，在公元1年到3000年之間，只有1306年和1940年的最大合相距離是1.3度。這兩年的合相都發生在兩顆行星最偏離黃道面之時：1306年的經度206度（因此高於黃道面），1940年的經度39度（因此低於黃道面）。[2]
歷次大合相列表（1200年至2400年）
下表[2]詳細列出了1200年到2400年間的歷次大合相。表中列出歷次合相在赤經上的發生日期（黃經上合相的發生日期可能相差數日）。1582年前的日期以儒略曆記錄，1582年後的日期以格里高利曆記錄。
黃經一欄是從曆元J2000的春分點位置逆時針測量的。這種不旋轉的坐標系不隨地軸進動而移動，因此適合用來計算星體的位置（在天體測量學中，經緯度是以黃道為基礎的，而黃道是地球軌道向日和反日的無限延伸）。另一種常用於合相的坐標系，是以春分點為起點沿赤經逆時針測量，以地球赤道和經過春秋分點的經線為準。以黃道坐標計算的距離通常較小。
距離一欄為行星間的角距離，以角分（六十分之一度）為單位；距角一欄為合相點到太陽的角距離，單位是度。當距角在-20到+20度之間時，由於與太陽距離過近，合相會變得難以或無法觀測，或者只能從特定的地理緯度上觀測。需要注意的是，特定情況下亦無法觀測到合相，如其發生時位於地平線之下，或其發生時刻在某些地區為白天。不過，地球上觀測點的位置對大合相最小距離的影響，要比有內行星參與的合相要小。負距角表示兩顆行星位於太陽以西（晨空可見），而正距角表示兩顆行星位於太陽以東（晚空可見）。
大合相的周期與日食（即日月合相）的沙籮周期大致相似。某周期的合相大約每隔119.16年發生一次。周期長度之所以是每六次而不是每三次合相，是因為119.16年要比比119.16/2 = 59.58年更接近整數，這時地球在其軌道上的位置會更接近之前的位置，觀測到的合相也會更為相似。在每一輪周期里，合相會從僅日出前可見，逐漸進展到整夜可見，然後再進展為日落前可見，並最終回到日出前可見。在一個周期中，每次合相在天空中的位置會依次增加平均16.3度的經度，使得平均每2634年就有一次相對於恆星的完整周期。如果我們改用從春分點向東測量經度的慣例，我們必須記住，春分點大約每25772年循環一次，所以這樣測量出的經度增幅稍快，上述數字會變成17.95度和2390年。
一次合相可以是三重合相的一部分。在三重合相事件里，由於所處星座和年份相同或相近，單次合相併不會推進周期。這也是大合相唯一可能在相隔不到約20年內多次發生的原因。[2]
| 日期 | 黃經 （度） |
距離 （角分） |
距角 （度） |
周期序列 | 可見度 | 三重合相 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1206年4月16日 | 66.8 | 65.3 | +23.0 | 2 | 取決於觀測點緯度 | 否 |
| 1226年3月4日 | 313.8 | 2.1 | -48.6 | 3 | 是 | 否 |
| 1246年9月21日 | 209.6 | 62.3 | +13.5 | 4 | 否 | 否 |
| 1265年7月23日 | 79.9 | 57.3 | -58.5 | 5 | 是 | 否 |
| 1285年12月31日 | 318.0 | 10.6 | +19.8 | 6 | 取決於觀測點緯度 | 否 |
| 1305年12月24日 | 220.4 | 71.5 | -70.0 | 1 | 是 | 是 |
| 1306年4月20日 | 217.8 | 75.5 | +170.7 | 1 | 是 | |
| 1306年7月19日 | 215.7 | 78.6 | +82.5 | 1 | 是 | |
| 1325年6月1日 | 87.2 | 49.2 | -0.4 | 2 | 否 | 否 |
| 1345年3月24日 | 328.2 | 21.2 | -52.5 | 3 | 是 | 否 |
| 1365年10月25日 | 226.0 | 72.6 | -3.7 | 4 | 否 | 否 |
| 1385年4月8日 | 94.4 | 43.2 | +58.8 | 5 | 是 | 否 |
| 1405年1月16日 | 332.1 | 29.3 | +18.1 | 6 | 否 | 否 |
| 1425年2月10日 | 235.2 | 70.7 | +104.1 | 1 | 是 | 是 |
| 1425年3月10日 | 234.4 | 72.4 | -141.6 | 1 | 是 | |
| 1425年8月24日 | 230.6 | 76.3 | +62.6 | 1 | 是 | |
| 1444年7月13日 | 106.9 | 28.5 | -15.9 | 2 | 否 | 否 |
| 1464年4月7日 | 342.1 | 38.2 | -52.6 | 3 | 是 | 否 |
| 1484年11月17日 | 240.2 | 68.3 | -12.3 | 4 | 否 | 否 |
| 1504年5月25日 | 113.4 | 18.7 | +33.5 | 5 | 取決於觀測點緯度 | 否 |
| 1524年1月30日 | 345.8 | 46.1 | +19.1 | 6 | 否 | 否 |
| 1544年9月17日 | 245.1 | 69.2 | +53.4 | 1 | 是 | 否 |
| 1563年8月25日 | 125.3 | 6.8 | -42.1 | 2 | 是 | 否 |
| 1583年5月2日 | 355.9 | 52.9 | -51.2 | 3 | 是 | 否 |
| 1603年12月17日 | 253.8 | 59.0 | -17.6 | 4 | 否 | 否 |
| 1623年7月17日 | 131.9 | 5.2 | +12.9 | 5 | 否 | 否 |
| 1643年2月24日 | 0.1 | 59.3 | +18.8 | 6 | 否 | 否 |
| 1663年10月17日 | 254.8 | 59.2 | +48.7 | 1 | 是 | 否 |
| 1682年10月23日 | 143.5 | 15.4 | -71.8 | 2 | 是 | 是 |
| 1683年2月8日 | 141.1 | 11.6 | 175.8 | 2 | 是 | |
| 1683年5月17日 | 138.9 | 15.8 | +77.5 | 2 | 是 | |
| 1702年5月21日 | 10.8 | 63.4 | -53.5 | 3 | 是 | 否 |
| 1723年1月5日 | 265.1 | 47.7 | -23.8 | 4 | 取決於觀測點緯度 | 否 |
| 1742年8月30日 | 150.8 | 27.8 | -10.3 | 5 | 否 | 否 |
| 1762年3月18日 | 15.6 | 69.4 | +14.5 | 6 | 否 | 否 |
| 1782年11月5日 | 271.1 | 44.6 | +44.9 | 1 | 是 | 否 |
| 1802年7月16日 | 157.7 | 39.5 | +41.3 | 2 | 是 | 否 |
| 1821年6月18日 | 27.1 | 72.9 | -62.9 | 3 | 是 | 否 |
| 1842年1月26日 | 281.1 | 32.3 | -27.1 | 4 | 取決於觀測點緯度 | 否 |
| 1861年10月20日 | 170.2 | 47.4 | -39.5 | 5 | 是 | 否 |
| 1881年4月17日 | 33.0 | 74.5 | +3.8 | 6 | 否 | 否 |
| 1901年11月28日 | 285.4 | 26.5 | +38.3 | 1 | 是 | 否 |
| 1921年9月8日 | 177.3 | 58.3 | +11.1 | 2 | 否 | 否 |
| 1940年8月6日 | 45.2 | 71.4 | -89.8 | 3 | 是 | 是 |
| 1940年10月21日 | 41.1 | 74.1 | -165.7 | 3 | 是 | |
| 1941年2月14日 | 39.9 | 77.4 | +73.3 | 3 | 是 | |
| 1961年2月18日 | 295.7 | 13.8 | -34.5 | 4 | 取決於觀測點緯度 | 否 |
| 1981年1月1日 | 189.8 | 63.7 | -91.4 | 5 | 是 | 是 |
| 1981年3月6日 | 188.3 | 63.3 | -155.9 | 5 | 是 | |
| 1981年7月25日 | 185.3 | 67.6 | +62.7 | 5 | 是 | |
| 2000年5月28日 | 52.6 | 68.9 | -14.6 | 6 | 否 | 否 |
| 2020年12月21日 | 300.3 | 6.1 | +30.2 | 1 | 取決於觀測點緯度 | 否 |
| 2040年11月4日 | 197.8 | 72.8 | -24.6 | 2 | 取決於觀測點緯度 | 否 |
| 2060年4月8日 | 59.6 | 67.5 | +41.7 | 3 | 是 | 否 |
| 2080年3月15日 | 310.8 | 6.0 | -43.7 | 4 | 是 | 否 |
| 2100年9月18日 | 204.1 | 62.5 | +29.5 | 5 | 取決於觀測點緯度 | 否 |
| 2119年7月15日 | +73.2 | 57.5 | -37.8 | 6 | 是 | 否 |
| 2140年1月14日 | 315.1 | 14.5 | +22.7 | 1 | 取決於觀測點緯度 | 否 |
| 2159年2月20日 | 215.3 | 71.2 | -50.3 | 2 | 是 | 否 |
| 2179年5月28日 | 80.6 | 49.5 | +16.1 | 3 | 否 | 否 |
| 2199年4月8日 | 325.6 | 25.2 | -50.0 | 4 | 是 | 否 |
| 2219年11月1日 | 221.7 | 63.1 | +6.8 | 5 | 否 | 否 |
| 2238年9月6日 | 93.2 | 39.3 | -67.6 | 6 | 是 | 是 |
| 2239年1月12日 | 90.2 | 47.5 | +161.3 | 6 | 是 | |
| 2239年3月22日 | 88.4 | 45.3 | +89.9 | 6 | 是 | |
| 2259年2月2日 | 329.6 | 33.3 | +19.6 | 1 | 取決於觀測點緯度 | 否 |
| 2279年2月5日 | 231.9 | 69.9 | -80.3 | 2 | 是 | 是 |
| 2279年5月7日 | 229.9 | 73.8 | -172.6 | 2 | 是 | |
| 2279年8月31日 | 227.2 | 74.9 | +73.3 | 2 | 是 | |
| 2298年7月12日 | 100.6 | 28.3 | -6.0 | 3 | 否 | 否 |
| 2318年4月26日 | 339.8 | 41.8 | -51.8 | 4 | 是 | 否 |
| 2338年12月1日 | 237.3 | 66.3 | -7.4 | 5 | 否 | 否 |
| 2358年5月22日 | 107.5 | 18.5 | +50.7 | 6 | 是 | 否 |
| 2378年2月18日 | 343.7 | 50.5 | +19.4 | 1 | 否 | 否 |
| 2398年10月2日 | 240.7 | 65.9 | +58.2 | 2 | 是 | 否 |
|
|
著名的大合相
| 日期 | 黃經（J2000參考坐標) | 距離（角分） | 可見度 註：由於極晝或極夜的原因，兩極周圍總會有至少一小塊區域看不到合相。如果兩個半球的絕大部分地區都能輕易觀測到合相，下方列表會省略這一點 |
注釋 |
|---|---|---|---|---|
| 公元前1793年3月1日 | 153.4° | 1.3 | 黃昏 | 史前時代到公元46世紀間距離最近的合相。三重合相的一部分。 |
| 公元前424年12月28日 | 322.8° | 1.5 | 黃昏，難以看見 | |
| 372年3月6日 | 316.6° | 1.9 | 清晨 | 公元前三千年距離最近的合相。 |
| 431年12月31日 | 320.6° | 6.2 | 清晨，難以看見 | |
| 709年9月13日 | 130.8° | 8.3 | 清晨 | 三重合相的一部分 |
| 769年7月22日 | 137.8° | 4.3 | 離太陽過近而難以看見 | |
| 1166年12月11日 | 303.3° | 2.1 | 黃昏，難以看見 | |
| 1226年3月4日 | 313.8° | 2.1 | 清晨 | |
| 1563年8月25日 | 125.3° | 6.8 | 清晨 | |
| 1623年7月16日 | 131.9° | 5.2 | 黃昏，難以看見（特別是北半球） | |
| 2020年12月21日 | 300.3° | 6.1 | 黃昏，在北方高緯度地區很難看見，在南極也看不見（由於角度和極晝） | |
| 2080年3月15日 | 310.8° | 6.0 | 清晨，在北方中到高緯度地區很難看見 | |
| 2417年8月24日 | 119.6° | 5.4 | 清晨，部分南半球和北極地區難以或無法看見 | |
| 2477年7月6日 | 126.2° | 6.3 | 黃昏，南半球更容易看見 | |
| 2874年12月25日 | 297.1° | 2.3 | 黃昏，南極洲因極晝而無法觀看 | |
| 2934年3月19日 | 307.6° | 9.3 | 清晨 | |
| 4523年3月8日 | 287.8° | 1.0 | 清晨，由於過於靠近地平線和/或極晝的原因，在北方高緯度和南極地區難以或無法看見 | 在近14,400年（一籮世紀）的時間內距離最近的合相。 |
| 黃經 | 合相次數 |
|---|---|
| 119至138度 | |
| 297至321度 | |
| 其他 |
公元前7年
約翰內斯·克卜勒在研究1603年的大合相時，認為伯利恆之星可能正是當年的大合相。他計算發現，木星和土星的三重合相發生在公元前7年（用天文年號表示為-6）；[7][8]三重合相是指木星和土星在沖日位置或其附近時的合相。在這種情況下，木星和土星將三次占據相同的赤道經線或黃道經線——取決於人們使用哪種「合相」的定義。這一現象由視逆行運動導致，發生在數月內。最近的三重合相發生在1980年和1981年[9]，下一次將發生在2238年和2239年。
1563年
來自克拉科夫學院的天文學家（揚·穆塞修斯、斯坦尼斯瓦夫·雅各布奇克（Stanisław Jakobejusz）、尼古勞斯·謝德克（Nicolaus Schadeck）、彼得魯斯·普籮博科維奇（Petrus Probosczowicze）等人）觀測了1563年的大合相，以比較阿方索星曆表（基於地心說模型）和普魯士星曆表（基於哥白尼日心說）。根據普魯士表，天文學家發現木星和土星彼此距離很近，以至於木星掩蔽了土星[10]（1563年8月25日的實際角距離為6.8分[2]）。而按照阿方索表，合相發生在另外一天，但在其預測的那一天裡，角距離足足有141分。克拉科夫的教授們因而推薦採用更準確的哥白尼預測。在1578年至1580年期間，瓦倫丁·豐塔尼（Valentin Fontani）曾為哥白尼日心說發表了三次演說。
2020年
2020年的大合相是自1623年以來最接近的一次[6][2]，也是公元前三千年中第八近的一次，兩顆行星間的最小距離為6.1角分。這次大合相也是自1226年以來最容易看到的近合相（因為之前1563年和1623年的近合相離太陽更近，因此更難看到）。[11]它發生在日心合相的7周後，當時木星和土星的日心經度相同。[12]
合相距離最近的時刻為協調世界時12月21日18時22分，[9]當時木星在土星以南0.1°，太陽以東30°。這意味著這兩顆行星一起出現在大多數中小型望遠鏡的視野中（儘管在沒有光學輔助設備的情況下仍能將它們區分開）。[13]在距離最近之時，兩顆行星在肉眼看來呈一對聯星。[11]在中北緯地區，日落後一小時可在西南地平線上方不到15°的高度，朝摩羯座的方向上看到這兩顆行星。[14][15]
這次大合相引起了媒體的極大關注，由於合相發生在聖誕節前後，新聞界稱其為「聖誕之星」。[16]
畫廊
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照片拍攝於最接近前兩天，相距約15角度。 -
拍攝於2020年12月19日的大合相，使用360 mm（14英寸）SCT望遠鏡和彩色CCD拍攝。 -
模擬最佳情況下通過望遠鏡觀察。 -
7541年
除了是三重合相外，7541的大合相預計還將出現兩次掩星：一次是2月16日的部分掩食，一次是6月17日的全掩食。[9]然而，對如此遙遠未來的行星位置準確性的預測是非常不確定的，因此也有部分計算認為，7541年將會出現距離極近的合相，但不會發生掩食。這將是自公元前6857年以來，兩顆行星之間的首次掩食；行星間的距離在疊加時會小於約0.4角分。[2]
參見
參考文獻
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