4天王星和海王星的观测

四 天王星和海王星的观测

天王星和海王星与太阳之间的距离分别为19天文单位和30天文单位，它们离地球实在太遥远，因此只有在冲日前后才勉强可用肉眼看见天王星，而海王星仅凭肉眼是看不见的。下表登录了天王星和海王星的视亮度和视直径，供爱好者观测时参考。

使用普通的双筒镜或小口径望远镜就可以开展对天王星和海王星的日常观测。爱好者在星空中寻找天王星和海王星通常是利用星历表，再加上一份高精度的详细星图﹙星图最好与望远镜匹配﹚来进行的，尤其是海王星在小望远镜里如同一颗8等的恒星，只有依靠星历表和星图才能辨认。可以利用望远镜视场中天王星或海王星周围的恒星背景估测其赤经和赤纬，将估测得到的天球坐标连同观测日期和时刻一并记录下来，并在事先准备好的黄道带星图上标注天王星或海王星的位置。天王星的轨道倾角只有0.774°,是除地球外大行星中最小的，所以天王星总是非常靠近黄道。天王星相对于星空背景的移动速度平均大约为42角秒／天，每过大约44天，天王星就会在众星间移过相

当于一个满月角直径的距离。而海王星相对于星空背景的移动速度平均为22角秒／天，大约每过85天，海王星就会在众星间移过相当于一个满月角直径的距离，因此可以每个月观测一次，在留的前后，观测次数适当增多一些。用平滑的曲线把一年内观测记录下来的位置顺次连接起来，就可以得到它们在一年内相对于恒星背景的视运动路径图，根据该路径图可以了解和分析这两颗行星在恒星背景中的顺行、逆行及留的情况。如果手边有天文历书，还可以将自己实测得到的视运动路径与理论计算的结果比对，以发现二者之间的差异。顺便指出，天王星的公转周期为84年（自发现至今天，王星绕太阳才转

天王星

过不到3圈），海王星的公转周期为164.8年（自发现至今，海王星绕太阳转过将近1圈），所以一

年内画出的视运动路径不会有多长，天王星的路径最长4°多而海王星的最长不过才2°多。

天王星呈现蓝绿色，凭借这一点可以较容易地从夜空群星中找到它。在较大的望远镜中，天 王星看上去成为亮蓝色。天王星的自转轴几乎与轨道面重合，这造成从地球上看去，能轮番地看到它的南北两极区域和它的赤道地区。因为天王星的视直径太小，加上地球大气湍流影响，使得它的表面几乎看不出有什么细节特征﹙见上图﹚，所以很难测定它的自转周期。直到1986年1月旅行者2号飞船飞临天王星，才测得其赤道区云顶自转周期为16.8小时极区自转周期为14小时，射电观测揭示它内部的自转周期为17.2小时，并且是和木星、土星一样的较差自转。由于自转较快，所以望远镜中的天王星略呈扁圆形；只在口径25厘米以上的望远镜中偶尔可以看到一些非常淡弱的阴影。爱好者通过望远镜观测，手描天王星视面图必须使用中等以上口径的望远镜。右图是爱好者使用250毫米牛顿式反射镜，目视（放大354倍），手绘天

王星素描图。天王星视面图绘好后，还做好如下记录：日期、时间、观测者姓名、望远镜的种类和口径、所使用的目镜和放大倍数、天气状况、视宁度等。

迄今已发现天王星卫星共27颗，爱好者通过中等以上口径的望远镜只能看到其中5颗较大的，即天卫五、天卫一、天卫二、天卫三和天卫四，其余的卫星都很小，爱好者用望远镜均无法看到。这5颗卫星都以莎士比亚《仲夏夜之梦》中人物的名字来命名，而且都在天王星赤道面内的近圆轨道上绕天王星转动。下表登录了它们的数据资料，供爱好者观测时使用。这五颗卫星都是同步自转，即它们的自转周期均与各自的轨道周期相等。因为距离我们遥远，地面望远镜难以看到它们的表面细节。

1977年，天王星掩恒星时意外地发现了它有九个环，旅行者2号飞船飞临天王星时又发现天王星环的环缝将环分为11条，还发现了环隙物质。

天王星环和土星光环一样，也是由无数尘粒组成的，其间还夹杂着大大小小的石块和冰块。但与土星光环比起来，天王星环太细太暗，爱好者用望远镜也无缘得见。左图是凯克望远镜在红外波段拍摄的天王星和它的环的照片。海王星与天王星很相似,只是颜色偏蓝,身量偏小一些。由于距离遥远，即使使用地面大望远镜观测，海王星也只是一个角直径只有2″、略显扁圆形的蓝色淡斑，无法看到更多的细节，不能够确定它的自转周期。1989年8月旅行者2号飞临海王星，测得其大气

云顶自转周期为19.2小时，内部自转周期为16.11小时，也是较差自转。爱好者通过望远镜观测，手描海王星视面图必须使用中等以上口径的望远镜，视面图绘好后，还应做好观测记录。

爱好者通过中等以上口径的望远镜只能看到海王星最大的卫星海卫一﹙下图中前景是海卫一，右上方的蓝色天体就是海王星，注意海王星圆面上的大黑斑，照片由旅行者2号拍摄﹚，而且是在海卫

一与海王星之间的角距离足够大的时候。海卫一的公转轨道面相对海王星赤道面的倾角达到

了157°，而且绕海王星逆向转动，是太阳系中唯一绕行星逆向转动的大卫星，它与海王星之间最大的角距离为16″。海卫一的自转是同步自转。海卫二在很扁的椭圆轨道上绕海王星顺向转动，它不大，爱好者用望远镜看不到它。下表登录了这两颗卫星的数据资料，供爱好者观测时参考。

目前海王星卫星的总数达到13颗，除海卫一外其他卫星都很小，爱好者用望远镜均无法看到它们。旅行者2号飞船飞临海王星时，摄像确认海王星有4个环。其实此前地面的海王星掩星观测 已经发现了海王星环存在的端倪。海王星环与天王星环不同，其中含有的小质点﹙尘﹚多，而且也是又细又暗，爱好者用望远镜也看不到。

图A 天王星和它的四颗最亮的卫星(望远镜口径355毫米)

图B 海王星及海卫一 （海王星像上的十字是望远镜支架的衍射纹）

天王星和海王星的照相观测可以沿用前面介绍的照相观测方法。希望拍摄它们的细节特征，对于爱好者来说不啻是个无法实现的奢望，但是拍下它们的卫星也还是能够做到的，如上图A、B两图。望远镜的口径当然是越大越好，选择大气宁静度良好的夜晚，配用精度高、振动小的赤道仪，精确

地校准望远镜等等，都是成功拍摄的必要措施。此外，采用放大拍摄、使用网络摄像头拍摄，也都是可以考虑使用的拍摄方法。当然，也可以拍摄如下图那样的照片，这是爱好者拍摄的木星合海王星的照片，左上方蓝色的为海王星﹙箭头所指﹚，右下方为木星，木星两侧各有两颗卫星，右上方是恒星HIP108036。因为木星和海王星的亮度差别很大，可以采用遮挡的方法差别曝光来拍摄。