大合相

2020年大合相的拼接照片，拍摄于最接近前4小时，木星在上，土星在下，相距约6-7角分。木星周围环绕着四颗伽利略卫星中的三颗：由左到右分别为木卫二、木卫一和木卫三。土星的卫星土卫六位于照片最下方。
大合相是指木星和土星的合相，这时两颗行星在天空中出现的距离最近。大合相大约每20年发生一次，其时木星在其轨道上会“超越”土星。这类合相之所以冠名以“大”，是因为它们是迄今为止最罕见的裸眼可见行星（即不包括天王星和海王星）合相。
历次合相时，两颗行星的距离不同，通常介于0.5到1.3度（30到78角分，或满月宽度的1到2.5倍）。极近距离的合相发生频率要低得多（尽管按照内行星的标准，1.3°的最大距离已是很近的值了）：自1200年以来，相距小于10角分的事件只发生过4次，最近一次是在2020年。

**历史**
大合相在历史上曾被当作预兆而得到过极大关注。在中世纪晚期和文艺复兴时期，无论是第谷和开普勒时代之前的前科学和过渡时期的占星天文家，还是罗吉尔·培根和皮埃尔·戴伊等学者，都曾将大合相作为他们讨论的话题。但丁和莎士比亚等作家的流行文学作品中也提到过大合相。在欧洲，这种兴趣可以追溯到阿拉伯语文本的翻译作品，以阿巴拉萨关于合相的著作为代表。
尽管存在数学上的错误，而且占星家们对宫位何时开始存在一些分歧，但对此类事件意义的信仰产生了一系列作品，其数量保持增长直至16世纪末。由于1583年的大合相是发生在水象宫位的最后一次，人们普遍认为它预示着世界末日的变化；1586年，教宗还因此下诏反对占卜。然而，在占星家预测的1603年里，并没有发生任何令人担忧的重大事件，公众的兴趣随之迅速消失。等到下一次宫位起始时，现代科学共识早已将占星术确立为伪科学，行星排列不再被视为预兆。

**天体力学**
开普勒1606年出版的《新星》一书中的黄道经度模式图
平均每19.859个儒略年（每个儒略年为365.25天）就会出现一次大合相。这个数字可以通过会合周期公式计算出来：
 
其中，J和S分别是木星（4332.59天）和土星（10759.22天）的轨道周期。（实际上，由于地球的轨道尺寸，大合相在平均发生时间之后的几个月里可能再度发生）。由于其他裸眼可见行星之间的合相周期都少于27个月，大合相是最罕见的。
偶尔地，单季里也会出现多次大合相，这发生在两颗行星冲日时：这被称为triple conjunction（该名词不仅用于指称大合相事件）。
最近一次大合相发生在2020年12月21日，下一次大合相将发生在2040年11月4日。在2020年的大合相期间，两颗行星在天空中最接近时相距6角分，这是自1623年以来两颗行星最近的距离。之所以如此接近，是因为合相发生在两颗行星轨道看似（太阳视角，与地球类似）相交的两条黄道经线之一的附近。
由于19.859年等于1.674个木星轨道和0.674个土星轨道，三次合相周期近似于完成一整圈。这就是为什幺如右图所示的经度周期形状近似于三角形。三角形的三个点与行星同向旋转，速度大约是每四个世纪转六分之一圈，因此每隔约四个世纪，会有一次极近的合相。目前，近距离大合相的经度约为307.4度和127.4度，分别位于摩羯座和巨蟹座。然而，由于地球在其轨道上的位置不同，地球视角上两颗行星的位置会比其日心经度提前或落后最多10度左右。
相对于地球轨道平面（黄道面），土星的轨道平面倾角有2.485度，木星的轨道平面倾角有1.303度。有趣的是，两颗行星的升交点都很相似（木星为100.6度，土星为113.7度），这意味着如果土星在地球轨道平面之上或之下，木星通常也是如此。因为这些交点排列得如此之好，预计每次合相时的距离都不会比两颗行星的轨道倾角之差大太多。事实上，在公元1年到3000年之间，只有1306年和1940年的最大合相距离是1.3度。这两年的合相都发生在两颗行星最偏离黄道面之时：1306年的经度206度（因此高于黄道面），1940年的经度39度（因此低于黄道面）。

**历次大合相列表（1200年至2400年）**
下表详细列出了1200年到2400年间的历次大合相。表中列出历次合相在赤经上的发生日期（黄经上合相的发生日期可能相差数日）。1582年前的日期以儒略历记录，1582年后的日期以格里高利历记录。
黄经一栏是从历元J2000的春分点位置逆时针测量的。这种不旋转的坐标系不随地轴进动而移动，因此适合用来计算星体的位置（在天体测量学中，经纬度是以黄道为基础的，而黄道是地球轨道向日和反日的无限延伸）。另一种常用于合相的坐标系，是以春分点为起点沿赤经逆时针测量，以地球赤道和经过春秋分点的经线为准。以黄道坐标计算的距离通常较小。
距离一栏为行星间的角距离，以角分（六十分之一度）为单位；距角一栏为合相点到太阳的角距离，单位是度。当距角在-20到+20度之间时，由于与太阳距离过近，合相会变得难以或无法观测，或者只能从特定的地理纬度上观测。需要注意的是，特定情况下亦无法观测到合相，如其发生时位于地平线之下，或其发生时刻在某些地区为白天。不过，地球上观测点的位置对大合相最小距离的影响，要比有内行星参与的合相要小。负距角表示两颗行星位于太阳以西（晨空可见），而正距角表示两颗行星位于太阳以东（晚空可见）。
大合相的周期与日食（即日月合相）的沙罗周期大致相似。某周期的合相大约每隔119.16年发生一次。周期长度之所以是每六次而不是每三次合相，是因为119.16年要比比2 = 59.58年更接近整数，这时地球在其轨道上的位置会更接近之前的位置，观测到的合相也会更为相似。在每一轮周期里，合相会从仅日出前可见，逐渐进展到整夜可见，然后再进展为日落前可见，并最终回到日出前可见。在一个周期中，每次合相在天空中的位置会依次增加平均16.3度的经度，使得平均每2634年就有一次相对于恒星的完整周期。如果我们改用从春分点向东测量经度的惯例，我们必须记住，春分点大约每25772年循环一次，所以这样测量出的经度增幅稍快，上述数字会变成17.95度和2390年。
一次合相可以是Triple conjunction的一部分。在三重合相事件里，由于所处星座和年份相同或相近，单次合相并不会推进周期。这也是大合相唯一可能在相隔不到约20年内多次发生的原因。

**著名的大合相**

**公元前7年**
约翰内斯·开普勒在研究1603年的大合相时，认为伯利恒之星可能正是当年的大合相。他计算发现，木星和土星的三重合相发生在公元前7年（用天文年号表示为-6）；三重合相是指木星和土星在冲日位置或其附近时的合相。在这种情况下，木星和土星将三次占据相同的赤道经线或黄道经线——取决于人们使用哪种“合相”的定义。这一现象由视逆行运动导致，发生在数月内。最近的三重合相发生在1980年和1981年，下一次将发生在2238年和2239年。

**1563年**
来自克拉科夫学院的天文学家（Jan Muscenius、斯坦尼斯瓦夫·雅各布奇克（Stanisław Jakobejusz）、尼古劳斯·谢德克（Nicolaus Schadeck）、彼得鲁斯·普罗博科维奇（Petrus Probosczowicze）等人）观测了1563年的大合相，以比较阿方索星历表（基于地心说模型）和普鲁士星历表（基于哥白尼日心说）。根据普鲁士表，天文学家发现木星和土星彼此距离很近，以至于木星掩蔽了土星（1563年8月25日的实际角距离为6.8分）。而按照阿方索表，合相发生在另外一天，但在其预测的那一天里，角距离足足有141分。克拉科夫的教授们因而推荐采用更准确的哥白尼预测。在1578年至1580年期间，瓦伦丁·丰塔尼（Valentin Fontani）曾为哥白尼日心说发表了三次演说。

**2020年**
2020年大合相前后木星与土星的距离
2020年的大合相是自1623年以来最接近的一次，也是公元前三千年中第八近的一次，两颗行星间的最小距离为6.1角分。这次大合相也是自1226年以来最容易看到的近合相（因为之前1563年和1623年的近合相离太阳更近，因此更难看到）。它发生在日心合相的7周后，当时木星和土星的日心经度相同。
合相距离最近的时刻为协调世界时12月21日18时22分，当时木星在土星以南0.1°，太阳以东30°。这意味着这两颗行星一起出现在大多数中小型望远镜的视野中（尽管在没有光学辅助设备的情况下仍能将它们区分开）。在距离最近之时，两颗行星在肉眼看来呈一对联星。在中北纬地区，日落后一小时可在西南地平线上方不到15°的高度，朝摩羯座的方向上看到这两颗行星。
这次大合相引起了媒体的极大关注，由于合相发生在圣诞节前后，新闻界称其为“圣诞之星”。

**画廊**
File:Grosse.Konjunktion.P1080051.jpg|照片拍摄于最接近前两天，相距约15角度。
File:Great Conjunction image photographed on December 19, 2020.jpg|拍摄于2020年12月19日的大合相，使用abbr=onSCT望远镜和彩色CCD拍摄。
File:2020 Great Conjunction simulation by NASA, labeled, 2020-12-21 2215UTC.jpg|模拟最佳情况下通过望远镜观察。
File:Saturn—Jupiter—Conjunction.jpg|2020年大合相的照片，在最接近木星前两天拍摄，可见木星周围的四颗伽利略卫星。

**7541年**
除了是三重合相外，7541的大合相预计还将出现两次掩星：一次是2月16日的部分掩食，一次是6月17日的全掩食。然而，对如此遥远未来的行星位置准确性的预测是非常不确定的，因此也有部分计算认为，7541年将会出现距离极近的合相，但不会发生掩食。这将是自公元前6857年以来，两颗行星之间的首次掩食；行星间的距离在叠加时会小于约0.4角分。

**参见**
 球面天文学

**参考文献**

**外部链接**
  Orbital Motion Simulation of Jupiter and Saturn date=20201108142901  at GeoGebra-  The December 21, 2020 Conjunction of Jupiter and Saturn date=20201221171128 -  The exceptional conjunction of Jupiter and Saturn on December 21, 2020! date=20210118020202  (Fr/En)-  Great Conjunctions date=20201206211258