太阳系中的行星在同一直线上需要几年?

Question

太阳系中的行星在同一直线上需要几年?

Answer 1

九星连珠!最近一次“行星连珠”发生在2000年5月20日,当然这是个渐近的过程.从5月5日就开始了,到5月20日这天,除天王星和海王星外,太阳系的其余七大行星——水星、金星、地球、火星、木星、土星、冥王星,将排列在一定的方向上,但并不是如望文生义那样,像糖葫芦串成一条线,而是分散在一个有限的范围内.太阳系内九大行星实际上对黄道面（包括太阳在内的地球公转轨道的平面）各自略有倾斜.也就是说,就算“行星连珠”,这九大行星也不会排列在一条直线上,而是散落参差.所谓“行星连珠”只存在于人们心目中.从这个意义上说,“行星连珠”与其说是天文学的研究对象,不如说是人们感兴趣的“视觉现象”.
“行星连珠”是“视觉现象”
对于“行星连珠”现象,至今并没有一个严格的定义,通常用肉眼望去,行星差不多处在一条直线上,人们就称之为“行星连珠”.按这个“定义”,就算把行星的运动在画面上表示出来,就得一直关注行星的运动并找到“行星连珠”的这个时刻,这是不容易做到的事,更不用说对于“行星连珠”在视觉上因人而异.
所以,人们想到用电子计算机自动地搜索出“行星连珠”,要使用电子计算机就必须对“行星连珠”给出准确的定义.科学家们现在根据下列四个前提来确定“行星连珠”：首先,行星的位置取决于在黄道面上的投影位置；其次,在黄道面上,把行星聚集在太阳与地球连线（l）的附近,视为“行星连珠”,不考虑不包括太阳的“行星连珠”；第三,把地球与其他行星的连线与太阳与地球的连线构成的夹角（θ）,作为“行星连珠”的量化“指标”.这个夹角取小于90度的锐角；第四,求出同一时刻各行星的θ角,取其构成的最大夹角,把θ角的最大值变为最小值的时刻视为“行星连珠”.这里,考虑的行星数目从6个到9个,并研究所有太阳系行星的组合.地球必须包括在内.
简言之,其他行星来到地球与太阳连线附近时,将会发生“行星连珠”的现象.不过,这是在一个扇形的范围内发生的“行星连珠”,所以远离地球的其他行星距直线l也相当遥远.确定上述条件的理由是,在这个扇形范围内的行星作用于地球的引力方向大致相同.
也有人把行星与太阳与地球连线（l）的距离作为量化的“指标”,在这种思路中,只是根据行星是否构成直线直观地判断.不过,在考虑其他行星给予地球的引力影响方面,采用θ角来判断更合情理.
根据上述前提制成电子计算机程序,就可以相当方便地检索出“行星连珠”,在公元前3001年到公元3000年,每0.1天（约两个半小时）出现的行星排列,θ角的最大值,取出所有30度以下的情况.电子计算机根据美国喷气推进实验室公布的“DE404”这一高精度行星历,计算出行星的位置.30年一遇的“七星连珠”
科学家根据计算结果,选出了近300年间（1850~2150年）7个以上行星的“行星连珠”,θ角的最大值,把角度小于13度的列入“行星连珠”,这种天象共有17次.距现在最近的一次“行星连珠”发生在2000年5月20日零时,θ角12．6度.此时,水星、金星、地球、火星、木星、冥王星,这七大行星排列在12.6度的范围内,上一次“七星连珠”发生在1965年3月6日9时,水星、金星、地球、火星、土星、天王星、冥王星排列在9．3度的范围内.2149年12月6日4时发生的将是“八星连珠”,其余16次都是“七星连珠”.2000年5月20日这样的“行星连珠”为30年一遇,就人的一生来说是少见的,但从时间的大尺度来看是频繁发生的,并不罕见.

七星连珠6000年间发生的“行星连珠”

在公元前3001年到公元3000年,这6000年间情况如何呢?科学家告诉我们,θ角在5度以下的“六星连珠”发生49次,“七星连珠”3次,“八星连珠”以上的情况没有或不会发生.如果把θ角扩大到10度,“六星连珠”有709次,“七星连珠”有52次,“八星连珠”有3次.要认定发生“九星连珠”的话,得把θ角扩大到15度,即使这样,“九星连珠”在6000年间也只发生一次,这就是2149年12月10日发生的“九星连珠”,θ角是14．8度.行星聚合在夜空特定范围.
我们不妨找找稍微特殊些的“行星连珠”,也就是地球外侧的行星在“合”的位置或“冲”的位置时发生的“行星连珠”.所谓“合”是指地球外侧行星按行星、太阳、地球的顺序排列；所谓“冲”是指地球外侧行星按行星、地球、太阳的顺序排列.在θ角最大值在30度以下时,从火星到冥王星的六大行星在“合”的位置时,发生“行星连珠”现象5次,反之在“冲”的位置时,这六大行星的“行星连珠”现象在6000年中不会发生.地球外侧行星处在“合”的位置时无法观测,不过地球外侧行星处在“冲”位置发生“行星连珠”的话,这些行星聚集在夜空中特定的范围内,是很有意思的天象,遗憾的是,这种天象在较近的将来不会发生.地球外侧行星在“冲”的位置发生“五星连珠”天象将在2853年10月28日出现,此时θ角的最大值是17．2度.当然,把θ角的角度扩大,本来很少见的“行星连珠”就会频繁发生.地球内侧的行星有两个——水星和金星,发生“行星连珠”的行星包括地球在内只有3个,“行星连珠”发生时近似在一条直线上.地球内侧行星有在“内合”位置发生“行星连珠”的,也有在“外合”位置发生“行星连珠”的.所谓“内合”是指按太阳、地球内侧行星、地球的顺序排列；所谓“外合”是指按内侧行星、太阳、地球的顺序排列.地球内侧行星发生的“行星连珠”最近似直线,“内合”情况下发生在1906年11月30日,θ角为0．02度,“外合”情况下将发生于2396年11月29日,θ角为0．01度,角度都相当小,“行星连珠”几乎处在一条直线上.
地球内侧行星发生的有趣天象是通过日面,在发生“内合”的时候,行星经过日面可以被观测到.这种天象是太阳、地球内侧行星、地球在三维空间内排列成一条直线.如果水星和金星与地球在“内合”情况下发生“行星连珠”的话,水星和金星的投影将出现在日面上.太阳的视半径约为0．27度,1906年“内合”的时候,水星和金星在日面的投影被观测到.可是,由于此时从三维空间来看“连珠”是错动的,可惜无法看到这两个行星同时通过日面.水星和金星同时通过日面的天象,根据计算前后3000年内都不曾或不会发生.顺便提一下,水星在2003年5月7日通过日面,金星通过日面的时间是2004年6月8日.
“行星连珠”会引发灾害吗?

“行星连珠”出现时,地球上会发生什么灾变吗?答案是：“行星连珠”发生时,地球上不会发生什么特别的事件.不仅对地球,对其他行星和小行星、彗星等也一样不会产生什么影响.当然,来自行星的引力会作用于各种天体上,无论行星的相互位置怎样排列,都不会带来什么可以察觉的变异.
为了便于直观的理解,不妨估计一下来自行星的引力大小,比如在地球表面上有一个1千克的物体,可以运用牛顿的万有引力定律计算一下作用于这个物体的引力.万有引力与天体的质量成正比,与距离的平方成反比.科学家根据6000年间发生的“行星连珠”,计算了各行星作用于地球表面一个1千克物体上的引力,引力的最大值以千克为单位：水星是3．3×10－10千克,金星是2．1×10－8千克,火星是1．4×10－9千克,木星是3．7×10－8千克,土星是2．8×10－9千克,天王星是8．9×10－14千克,海王星是3．8×10－11千克,冥王星是5．5×10－15千克.最强的引力来自太阳,是6．3×10－4千克,其次是来自月球的引力,为3．9×10－6千克.与来自月球的引力相比,来自其他行星的引力小得微不足道.就算“行星连珠”像拔河一样形成合力,其影响与来自月球和太阳的引力变化相比,小得可以忽略不计.
由于太阳系内其他天体引力的影响,地球表面会发生什么现象呢?在这种情况下,必须考虑起潮力.由于月球和太阳的起潮力,地球表面海洋会出现潮汐现象.起潮力大小与天体质量成正比,与距离的立方成反比.来自太阳系内其他天体的起潮力最大值以千克为单位,水星是2．6×10－14千克,金星是3．5×10－12千克,火星是1．6×10－13千克,木星是4．0×10－13千克,土星是1．5×10－14千克,天王星是2．2×10－16千克,海王星是5．6×10－17千克,冥王星是8．1×10－21千克,月球是7．0×10－8千克,太阳是2．7×10－8千克（以上数字仍是对地球表面1千克重物体而言）.来自行星的起潮力比起太阳和月球来太小了,而月球的起潮力是太阳的两倍多.“行星连珠”使它们对地球的起潮力变大,但这种变化与月球和太阳作用于地球的起潮力相比,也是微不足道的.
由此可见,即使发生“行星连珠”,地球上也不会发生什么特殊情况.从科学角度看,“行星连珠”并没有什么重要意义,不过从“行星连珠”来说,实在只是一种饶有趣味的天象而已.