行星圆缺变化之谜

在晴朗无月的晚上，我们仰望夜空，繁星不断地闪烁着光芒，在这美丽的自然图案中，人们还能看到几颗晶亮而又从不闪烁星光的行星。倘若用望远镜仔细地、经常性地观测它们的形状，就会发现它们像月亮一样，也按一定的规律有着圆缺的变化，这种行星形状的变化就叫做行星的圆缺变化，又称位相变化。

首先发现行星圆缺变化现象的，是意大利天文学家伽利略。在 1610 年，

他用自制的望远镜观测金星时，发现金星也有圆缺变化。但是直到 1643 年， 瑞士数学家马赛亚斯·海兹盖特用几何图形的方法，才成功地解释了金星和水星的圆缺变化现象。

我们知道：地球和金星在各自的运行轨道上绕太阳公转，当它们处于不同的轨道位置上，太阳、地球和金星的相对位置也就发生了变化，因此，人们站在地面上看到金星的向日面（反射太阳光的半球面）随着发生变化，这就引起了金星的圆缺变化。如在下页图中，地球位于运行轨道的下方，人们在这一位置上观测不同位置上金星向日面的变化。

当金星处于上合的位置时，也就是说当太阳在地球和金星之间的时候，

金星的向日面正好对着地球，这时，原来应该看到完整的金星圆面。但是， 由于强烈的散射着太阳光的地球大气层把微弱的金星光完全地淹没了，使人们无法看到圆圆的金星。而当金星离开上合的位置，逐渐地接近地球时，它的向日面却像正在变狭的“D”形，直到它逐渐缩小成纤细的钩形。等到它到达下合的位置时，也就是说当金星在太阳和地球之间的时候，它的向日面正好背向地球，这就发生了一种有趣的现象：假若你从天文望远镜中观测，还能看到一个模糊的半晕，这是金星的大气散射太阳光造成的。以后，金星逐渐地远离地球，从下合跑向上合，金星的向日面从好像一个“C”形的细钩开始“发胖”，直到金星回到上合的位置，它的向日面又恰好对准了地球。于是又回复到先前的情况。就这样从缺到圆，从圆到缺⋯⋯周而复始，循环不已，这就是金星圆缺变化的原理。

水星和外行星也有这样的圆缺变化。但是，水星的体积比较小，又非常靠近太阳，一般不容易看到它的圆缺变化。只有用高倍率的天文望远镜，在水星与太阳的角距离较大的时间内才能发现这种现象。

对于外行星，如火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星来讲，由于它们处在地球轨道外侧绕太阳运行，因此，外行星的圆缺变化和内行星水星和金星的圆缺变化略有不同。当地球上的人看到完整的外行星，譬如火星的圆面时，这时火星正好处在地球的背日方向的位置上，也就是太阳和外行星正好处在地球的两个相反方向，相离 180°的时候，叫做冲。随后，尽管太阳、地球和外行星的相对位置在不断地变化着，但是每颗外行星的形状也始终是大于半个圆面，这也是人们观看外行星圆缺变化的一个特点。

（章兴飞）