大合相

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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

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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：

$$\frac{1}{\left ( \frac{1}{J} - \frac{1}{S} \right )} \approx 7253.46 \; \text{日 } \displaystyle$$

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：这被称为三重合相（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。这就是为什么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 = 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。

一次合相可以是三重合相的一部分。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。

日期｜黄经（度）｜距离（角分）｜距角（度）｜周期序列｜可见度｜三重合相

1206年4月16日｜66.8｜65.3｜+23.0｜2｜取决于观测点纬度｜否

1226年3月4日｜313.8｜2.1｜-48.6｜3｜是｜否

1246年9月21日｜209.6｜62.3｜+13.5｜4｜否｜否

1265年7月23日｜79.9｜57.3｜-58.5｜5｜是｜否

1285年12月31日｜318.0｜10.6｜+19.8｜6｜取决于观测点纬度｜否

1305年12月24日｜220.4｜71.5｜-70.0｜1｜是｜是

1306年4月20日｜217.8｜75.5｜+170.7｜1｜是

1306年7月19日｜215.7｜78.6｜+82.5｜1｜是

1325年6月1日｜87.2｜49.2｜-0.4｜2｜否｜否

1345年3月24日｜328.2｜21.2｜-52.5｜3｜是｜否

1365年10月25日｜226.0｜72.6｜-3.7｜4｜否｜否

1385年4月8日｜94.4｜43.2｜+58.8｜5｜是｜否

1405年1月16日｜332.1｜29.3｜+18.1｜6｜否｜否

1425年2月10日｜235.2｜70.7｜+104.1｜1｜是｜是

1425年3月10日｜234.4｜72.4｜-141.6｜1｜是

1425年8月24日｜230.6｜76.3｜+62.6｜1｜是

1444年7月13日｜106.9｜28.5｜-15.9｜2｜否｜否

1464年4月7日｜342.1｜38.2｜-52.6｜3｜是｜否

1484年11月17日｜240.2｜68.3｜-12.3｜4｜否｜否

1504年5月25日｜113.4｜18.7｜+33.5｜5｜取决于观测点纬度｜否

1524年1月30日｜345.8｜46.1｜+19.1｜6｜否｜否

1544年9月17日｜245.1｜69.2｜+53.4｜1｜是｜否

1563年8月25日｜125.3｜6.8｜-42.1｜2｜是｜否

1583年5月2日｜355.9｜52.9｜-51.2｜3｜是｜否

1603年12月17日｜253.8｜59.0｜-17.6｜4｜否｜否

1623年7月17日｜131.9｜5.2｜+12.9｜5｜否｜否

1643年2月24日｜0.1｜59.3｜+18.8｜6｜否｜否

1663年10月17日｜254.8｜59.2｜+48.7｜1｜是｜否

1682年10月23日｜143.5｜15.4｜-71.8｜2｜是｜是

1683年2月8日｜141.1｜11.6｜175.8｜2｜是

1683年5月17日｜138.9｜15.8｜+77.5｜2｜是

1702年5月21日｜10.8｜63.4｜-53.5｜3｜是｜否

1723年1月5日｜265.1｜47.7｜-23.8｜4｜取决于观测点纬度｜否

1742年8月30日｜150.8｜27.8｜-10.3｜5｜否｜否

1762年3月18日｜15.6｜69.4｜+14.5｜6｜否｜否

1782年11月5日｜271.1｜44.6｜+44.9｜1｜是｜否

1802年7月16日｜157.7｜39.5｜+41.3｜2｜是｜否

1821年6月18日｜27.1｜72.9｜-62.9｜3｜是｜否

1842年1月26日｜281.1｜32.3｜-27.1｜4｜取决于观测点纬度｜否

1861年10月20日｜170.2｜47.4｜-39.5｜5｜是｜否

1881年4月17日｜33.0｜74.5｜+3.8｜6｜否｜否

1901年11月28日｜285.4｜26.5｜+38.3｜1｜是｜否

1921年9月8日｜177.3｜58.3｜+11.1｜2｜否｜否

1940年8月6日｜45.2｜71.4｜-89.8｜3｜是｜是

1940年10月21日｜41.1｜74.1｜-165.7｜3｜是

1941年2月14日｜39.9｜77.4｜+73.3｜3｜是

1961年2月18日｜295.7｜13.8｜-34.5｜4｜取决于观测点纬度｜否

1981年1月1日｜189.8｜63.7｜-91.4｜5｜是｜是

1981年3月6日｜188.3｜63.3｜-155.9｜5｜是

1981年7月25日｜185.3｜67.6｜+62.7｜5｜是

2000年5月28日｜52.6｜68.9｜-14.6｜6｜否｜否

2020年12月21日｜300.3｜6.1｜+30.2｜1｜取决于观测点纬度｜否

2040年11月4日｜197.8｜72.8｜-24.6｜2｜取决于观测点纬度｜否

2060年4月8日｜59.6｜67.5｜+41.7｜3｜是｜否

2080年3月15日｜310.8｜6.0｜-43.7｜4｜是｜否

2100年9月18日｜204.1｜62.5｜+29.5｜5｜取决于观测点纬度｜否

2119年7月15日｜+73.2｜57.5｜-37.8｜6｜是｜否

2140年1月14日｜315.1｜14.5｜+22.7｜1｜取决于观测点纬度｜否

2159年2月20日｜215.3｜71.2｜-50.3｜2｜是｜否

2179年5月28日｜80.6｜49.5｜+16.1｜3｜否｜否

2199年4月8日｜325.6｜25.2｜-50.0｜4｜是｜否

2219年11月1日｜221.7｜63.1｜+6.8｜5｜否｜否

2238年9月6日｜93.2｜39.3｜-67.6｜6｜是｜是

2239年1月12日｜90.2｜47.5｜+161.3｜6｜是

2239年3月22日｜88.4｜45.3｜+89.9｜6｜是

2259年2月2日｜329.6｜33.3｜+19.6｜1｜取决于观测点纬度｜否

2279年2月5日｜231.9｜69.9｜-80.3｜2｜是｜是

2279年5月7日｜229.9｜73.8｜-172.6｜2｜是

2279年8月31日｜227.2｜74.9｜+73.3｜2｜是

2298年7月12日｜100.6｜28.3｜-6.0｜3｜否｜否

2318年4月26日｜339.8｜41.8｜-51.8｜4｜是｜否

2338年12月1日｜237.3｜66.3｜-7.4｜5｜否｜否

2358年5月22日｜107.5｜18.5｜+50.7｜6｜是｜否

2378年2月18日｜343.7｜50.5｜+19.4｜1｜否｜否

2398年10月2日｜240.7｜65.9｜+58.2｜2｜是｜否

## 著名的大合相

日期｜黄经（J2000参考坐标)｜距离（角分）｜可见度注：由于极昼或极夜的原因，两极周围总会有至少一小块区域看不到合相。如果两个半球的绝大部分地区都能轻易观测到合相，下方列表会省略这一点｜注释

公元前1793年3月1日｜153.4°｜1.3｜黄昏｜史前时代到公元46世纪间距离最近的合相。三重合相的一部分。

公元前424年12月28日｜322.8°｜1.5｜黄昏，难以看见

372年3月6日｜316.6°｜1.9｜清晨｜公元前三千年距离最近的合相。

431年12月31日｜320.6°｜6.2｜清晨，难以看见

709年9月13日｜130.8°｜8.3｜清晨｜三重合相的一部分

769年7月22日｜137.8°｜4.3｜离太阳过近而难以看见

1166年12月11日｜303.3°｜2.1｜黄昏，难以看见

1226年3月4日｜313.8°｜2.1｜清晨

1563年8月25日｜125.3°｜6.8｜清晨

1623年7月16日｜131.9°｜5.2｜黄昏，难以看见（特别是北半球）

2020年12月21日｜300.3°｜6.1｜黄昏，在北方高纬度地区很难看见，在南极也看不见（由于角度和极昼）

2080年3月15日｜310.8°｜6.0｜清晨，在北方中到高纬度地区很难看见

2417年8月24日｜119.6°｜5.4｜清晨，部分南半球和北极地区难以或无法看见

2477年7月6日｜126.2°｜6.3｜黄昏，南半球更容易看见

2874年12月25日｜297.1°｜2.3｜黄昏，南极洲因极昼而无法观看

2934年3月19日｜307.6°｜9.3｜清晨

4523年3月8日｜287.8°｜1.0｜清晨，由于过于靠近地平线和/或极昼的原因，在北方高纬度和南极地区难以或无法看见｜在近14,400年（一箩世纪）的时间内距离最近的合相。

### 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（扬·穆塞修斯、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（基于哥白尼体系）。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

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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

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- 照片拍摄于最接近前两天，相距约15角度。

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- 拍摄于2020年12月19日的大合相，使用14inSCT望远镜和彩色CCD拍摄。

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- 模拟最佳情况下通过望远镜观察。

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- 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。

## 外部链接

- Orbital Motion Simulation of Jupiter and Saturn at GeoGebra
- The December 21, 2020 Conjunction of Jupiter and Saturn
- The exceptional conjunction of Jupiter and Saturn on December 21, 2020! (Fr/En)
- Great Conjunctions