星際穿越,我們距其他行星究竟有多遠

我們收到的許多天文信息都諮詢了這個問題,然而這個問題事實上很難回答,因為行星總在沿軌道移動,因此我們與它們的距離時刻都在變化。當太陽系中的兩顆行星都位於太陽同一側且位置能和太陽連成一條線時(稱為下合),這兩顆行星之間的距離是最近的;而當兩顆行星位於太陽的兩側且和太陽位於一條線上時(稱為上合),它們之間的距離是最遠的。


星際穿越,我們距其他行星究竟有多遠


(以地球中心,當太陽系中的的任一行星運轉到太陽與地球連線上的位置時則稱為“合”。當行星與地球同處於太陽一側時,兩者之間的距離是最短的,此時,我們稱之為“下合”;而行星與地球分別位於太陽的兩側時,它們之間的距離是最長的,此時,我們稱之為“上合”。)


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內行星可在一個會合週期內出現兩次“合”。在上合時,內行星(行星的軌道靠近太陽,位於地球軌道的內側)與地球的距離最遠,而下合時則最近。在下圖中,藍綠色的點代表地球,灰色的點代表了一顆內行星(水星或者金星)在其軌道上的不同位置。


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上圖中的紅色點代表外行星(如火星)。外行星在衝日時離地球最近,在合日時最遠。然而,由於行星的軌道呈橢圓狀(並非完美的圓形),且它們不完全在同一個平面上,因此並非每一次的衝日或合日發生時,行星與地球之間的距離都可達到最值。


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當人們想知道自己離其他星球有多遠時,通常想表達的意思是“地球的軌道與其他行星的軌道之間的距離是多少?”或者“距離地球最近的行星是哪顆?”(這些問題本質上是一個問題,因為行星之間的距離無法小於它們的軌道間隔)。因此你可以將行星軌道看作正圓形,且所有軌道位於同一平面,使用近似法來計算所有行星距離太陽的距離。由於行星間的距離太遠,我們通常使用天文單位來表達(一天文單位指從地球中心到太陽的平均距離(一天文單位指地球與太陽之間的平均距離),約合1.496億公里)。下表列出了太陽系每個行星距離太陽的平均天文單位距離。


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可以通過將兩顆行星的距日天文單位相減得到行星間大致的軌道間距。比如,地球距離太陽1天文單位,金星為0.72天文單位,則地球和金星的距離約為1.00-0.72=0.28天文單位,換算成公里則為:0.28天文單位X1500萬公里/天文單位=4.2萬公里。再比如,木星距地球的軌道距離為5.2-1.0=4.2天文單位或63萬公里。你可以使用上述方法計算表格中的任何行星。


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出於完整的考慮,我需要指出,對於某些行星而言,圓形軌道假說是更適用的計算方法。比如,火星的軌道呈偏心的橢圓形,這意味著它的“最近距離”會時刻改變。這也是為什麼在2003的八月份,火星與地球的距離在近60000年中是最近的(直到2287年火星才會再一次如此靠近地球!)。事實上,上表中的數字通常只用於天文學入門課程。前文中計算的地球-水星距離(4.2萬公里)稍大於實際最小的地球-水星距離(3.8萬公里)——行星們偏離圓心的軌道使得它們能獲得比簡單計算更小的實際距離。


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如果你現在就想看到哪顆行星離地球最近,可以在Solar System Simulator或者Solar System Live網頁查看,你可以選擇一個時間然後在網頁中查看行星的具體位置(你甚至可以在網頁中選擇任意一個時間查看當時行星的具體位置)。

如果你有技術上的用途,想要更確切的數字,你可以使用JPL Horizons system選擇你需要的一顆行星,選擇一個時間範圍,然後選擇“觀察者測距和測速”作為輸出數值,最後你會得到一組不同時間的距地天文單位距離。

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