大合相

2020年大合相的拼接照片，拍攝於最接近前4小時，木星在上，土星在下，相距約6-7角分。木星周圍環繞著四顆伽利略衛星中的三顆：由左到右分別為木衛二、木衛一和木衛三。土星的衛星土衛六位於照片最下方。
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。
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。

**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，無論是第谷和開普勒時代之前的前科學和過渡時期的占星天文家，還是羅吉爾·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。但丁和莎士比亞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佔星術確立為偽科學，行星排列不再被視為預兆。

**天體力學**
開普勒1606年出版的《新星》一書中的黃道經度模式圖
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週期公式計算出來：
 
其中，J和S分別是木星（4332.59天）和土星（10759.22天）的軌道週期。（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裡可能再度發生）。由於其他裸眼可見行星之間的合相週期都少於27個月，大合相是最罕見的。
偶爾地，單季裡也會出現多次大合相，這發生在兩顆行星衝日時：這被稱為triple conjunction（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。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，三次合相週期近似於完成一整圈。這就是為什麼如右圖所示的經度週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。
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）。

**歷次大合相列表（1200年至2400年）**
下表詳細列出了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。這種不旋轉的座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座標系，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。以黃道座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）。
大合相的週期與日食（即日月合相）的沙羅週期大致相似。某週期的合相大約每隔119.16年發生一次。週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。在每一輪週期裡，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。在一個週期中，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週期。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Triple conjunction的一部分。在三重合相事件裡，由於所處星座和年份相同或相近，單次合相併不會推進週期。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。

**著名的大合相**

**公元前7年**
約翰內斯·開普勒在研究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）；三重合相是指木星和土星在衝日位置或其附近時的合相。在這種情況下，木星和土星將三次佔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，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（Jan Muscenius、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·普羅博科維奇（Petrus Probosczowicze）等人）觀測了1563年的大合相，以比較阿方索星曆錶（基於地心說模型）和普魯士星曆錶（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（1563年8月25日的實際角距離為6.8分）。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年大合相前後木星與土星的距離
2020年的大合相是自1623年以來最接近的一次，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）。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。
合相距離最近的時刻為協調世界時12月21日18時22分，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）。在距離最近之時，兩顆行星在肉眼看來呈一對聯星。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。
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”。

**畫廊**
File:Grosse.Konjunktion.P1080051.jpg|照片拍攝於最接近前兩天，相距約15角度。
File:Great Conjunction image photographed on December 19, 2020.jpg|拍攝於2020年12月19日的大合相，使用abbr=onSCT望遠鏡和彩色CCD拍攝。
File:2020 Great Conjunction simulation by NASA, labeled, 2020-12-21 2215UTC.jpg|模擬最佳情況下通過望遠鏡觀察。
File:Saturn—Jupiter—Conjunction.jpg|2020年大合相的照片，在最接近木星前兩天拍攝，可見木星周圍的四顆伽利略衛星。

**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。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。

**參見**
 球面天文學

**參考文獻**

**外部鏈接**
  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