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望远镜里的火星,今天把哪一面朝向我们?

先认清火星自己的南北、经度和受光方向,再理解照片里的圆盘。

行星与太阳系小天体

火星并不是每次都把同一个半球和同一条经线朝向我们。它在自转,地球与太阳的方向也不同;这些因素一起决定圆盘的倾斜、中央经线和明暗。

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先猜一下

火星面向地球的半球,必然也正对太阳吗?

查看答案与解释

不一定 — 地球和太阳从火星看通常不在同一个方向。

再把体验和科学连起来

先分清火星北极与天北

P给出火星北极轴在天空中的朝向,不等于你所在地的纬度。

火星极轴方向 → 观测位置角 P

地球看到的半球与太阳照到的半球不同

DE描述地球方向,DS描述太阳方向。这两个值可一正一负。

DE 与 DS 分别计算

火星自转,中央经线不断改变

ω告诉你此刻哪条经线位于圆盘中央;旋转要使用发光时刻,不能忽略光到地球所需时间。

W 用 JD − 光行时

同时计算明暗与大小

相位决定亮区与亏缺,地心距离决定视直径;图示尺寸不对应手机屏幕的实际角分辨率。

d=9.36″/Δ;q=(1−k)d

先求地球与太阳从火星看去的方向,分别得到DE、DS;W使用减去光行时的时刻。d为角直径,q为未照亮部分的角宽,两者均用角秒。

试一试

保持标记经度不变,推动几小时;再比较圆盘朝向和太阳照射方向。标记只是教学记号,不是真实火星地貌。

动手看一遍 →

符号不用背

DE / DS
火星上看地球/太阳所在的赤纬
ω / P
中央经线经度 / 北极轴位置角
χ / k / q / d
亮缘位置角 / 亮区比例 / 最大亏缺 / 视直径

算法、精度与适用范围

实现第42章完整主要计算链:J2000起的极轴黄道方向、固定观测时刻的地球位置、反复求光行时后的火星位置、DE/DS、旋转角W与中央经线ω、光行差和章动后的轴位置角P、亮缘位置角χ、视直径9.36″/Δ、照明比例与亏缺。依赖第32/33章同日分点截断VSOP87及第25章章动/黄赤交角,不调用首页近似。原书42.a使用1992-11-09 UT并加原书ΔT约59秒;输入解释为TD。图像地表标记和颜色是示意,不模拟真实火星地图、极冠、尘暴或当地站心大气效应;不能替代精密观测软件。

我的理解检查

中央经线变化,首先与什么有关?

火星自转和观测几何 — 还需用光行时校正后的火星状态。

P是火星真实北极在地球纬度上的位置吗?

不是,是天空中轴的方向角 — 它描述图像方向,而不是地面位置。

图中的小标记是真实火星最新地貌图吗?

不是 — 它只帮助理解固定经度怎样随着自转出入视野。

火星圆盘需要三套信息:自身转到哪条经线、地球从哪边看、太阳从哪边照。

Jean Meeus · Astronomical Algorithms, 2nd ed. · 第 42 章

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