Introduction to Planetary Retrogrades: Defining the Phenomenon and Its Historical Context

2024年10月的一个晴朗周五傍晚，12岁的天文爱好者Lila正举着她爸爸送的4英寸反射式望远镜，对准了猎户座东侧那颗亮红色的火星——过去三周里，她每次观测都在笔记本上标记火星的位置，发现它不像往常一样每天缓慢向东移动，反而在星图上一点点向西“倒退”，连续17天里，它从金牛座的一颗亮星旁边挪到了更西边的昴星团附近。困惑的她翻遍了儿童天文科普书，都没找到答案，直到她在图书馆的旧天文志里看到一行小字：“火星逆行，乃视运动之幻，非真倒行也。”这正是本章要为你拆解的核心谜题：什么是行星逆行？它为什么会产生？人类用了多少个世纪才搞懂这个“视觉骗局”？

<chapter_1> <定义> 在天体测量学（astrometry）的术语体系中，apparent retrograde motion（视逆行运动）被定义为：从地球的观测视角出发，太阳系行星在黄道带（ecliptic）上的视运动方向暂时从常规的向东（顺行，prograde）转为向西（逆行，retrograde）的现象，这一现象完全是由地球与目标行星的相对公转速度差导致的视错觉，与行星的实际绕日公转方向没有任何关联——太阳系所有行星的实际公转方向均为自西向东，与太阳自转方向一致，这一规律自1755年康德提出星云假说后被现代行星形成理论完全证实。你可能会好奇，为什么行星“平时”向东走？这是因为地球本身自西向东自转，我们在地球上看所有遥远的恒星、行星，都会因为自转产生从东向西的周日视运动，但当我们把每天同一时间的行星位置标记在星图上，排除自转的影响后，绝大多数时间里行星都会相对于恒星背景缓慢向东移动，这就是我们所说的“顺行”状态，也是行星的“真实”公转方向在观测上的投影。

需要注意的是，太阳系里确实存在少数“真逆行”的天体，比如部分彗星和小行星的公转方向是自东向西，和行星的正向公转方向相反，这种情况我们称为“real retrograde motion”，和本章讨论的“视逆行”是完全不同的概念，后面我们只会讨论行星的视逆行，不会涉及真逆行的天体。

> 💡 电子版侧边栏：小实验验证顺行 > 你可以在手机里下载一个免费的天文APP（比如Stellarium），把时间调到每天晚上9点，连续一周标记木星的位置，你会发现它每天都会比前一天稍微偏东一点，这就是顺行的直观表现。点击这里[观看NASA制作的顺行与逆行对比动画](https://solarsystem.nasa.gov/planets/retrograde-motion/overview/)，更直观地理解两者的区别。

为了更严谨地描述逆行现象，我们需要先了解两个基础的天文术语：黄道（ecliptic）和会合周期（synodic period）。黄道是地球绕太阳公转的轨道平面和天球相交的大圆，太阳、月球和所有行星的视运动轨迹都几乎在黄道带上下5度的范围内，所以我们用黄道带上的12个星座来标记行星的位置，这也是占星学里黄道十二宫的来源。会合周期是指地球和某个行星连续两次“对齐”（比如都在太阳的同一侧，或者一个在太阳左边一个在右边）的时间间隔，这个周期直接决定了行星逆行的发生频率——对于外侧行星来说，每次会合周期里都会发生一次逆行，对于内侧行星来说，每次会合周期里会发生两次逆行。

我们可以用公式来计算外行星的会合周期：$$\frac{1}{S} = \frac{1}{P_E} - \frac{1}{P_P}$$ 其中$S$是会合周期，$P_E$是地球的公转周期（1年），$P_P$是目标行星的公转周期。以火星为例，火星的公转周期$P_P$是1.88年，代入公式可得$1/S = 1/1 - 1/1.88 ≈ 0.468$，因此$S≈2.14$年，也就是780天左右，和实际观测到的火星逆行周期完全一致。对于内侧行星，公式则为$$\frac{1}{S} = \frac{1}{P_P} - \frac{1}{P_E}$$，水星公转周期是0.24年，代入可得$S≈0.316$年，也就是116天左右，也就是每4个月左右水星就会发生一次逆行，和我们日常听到的“水星一年逆行三四次”的说法吻合。 </定义>

<历史脉络> 人类对行星逆行的观测历史几乎和文明史一样长，不同时代的人对这个现象的解释，也反映了人类对宇宙认知的整个演进过程。

1.1 古代近东的观测记录：巴比伦的“虚星”

人类对行星逆行的最早记录可以追溯到公元前1800年左右的古巴比伦，考古学家在伊拉克南部出土的阿米萨杜卡金星泥板（Venus Tablet of Ammisaduqa）¹上，用楔形文字记录了20年里金星每一次出现在东方天空（晨星）、消失、再出现在西方天空（昏星）的日期，其中就包含了金星逆行期间的特殊观测记录——巴比伦人早就发现，金星在每次“消失”前后的几周里，位置会向西移动，他们把这颗“反常”的行星称为“虚星”（“the false star”），认为它的出现会带来战争或丰收的预兆。目前存世的这份泥板是现存最古老的行星逆行观测记录，比古希腊的同类记载早了整整1200年，大英博物馆目前收藏着这份编号为BM 35572的泥板，是研究古代天文学的顶级文物。

除了金星，巴比伦人也很早就观测到了火星的逆行，他们在公元前1700年左右的泥板上记载：“火星在月份X的第12天进入白羊座，在第20天开始向西移动，连续30天都在后退，然后在第30天停止，重新向东移动。”这些记录并不是出于对天文原理的好奇，而是为了占星预测：巴比伦人认为逆行是行星“力量反转”的信号，比如火星逆行的时候，战争的结果会和预期相反，金星逆行的时候，婚姻和贸易会出现波折。

1.2 古希腊的几何解释：从喜帕恰斯到托勒密

公元前2世纪的古希腊天文学家喜帕恰斯（Hipparchus）是第一个尝试用几何模型解释逆行现象的人，他在对比了自己观测到的行星位置与巴比伦的百年记录后，发现行星的逆行并不是随机的，而是每隔固定的时间就会发生一次，且每次逆行的时间、移动的“距离”都有规律可循。为了解释这一现象，他提出了“本轮”（epicycle）的初步概念：行星并不是直接绕地球转，而是在一个叫“本轮”的小圆圈上转，同时整个本轮的中心再绕地球转——这个模型虽然本质还是地心说，但已经可以相当精准地预测逆行的发生时间。

到了公元2世纪，克劳狄乌斯·托勒密（Claudius Ptolemy）在喜帕恰斯的基础上完善了地心说模型，写成了13卷本的《天文学大成》（Almagest），其中用了40多个本轮、均轮（deferent）的组合，完美解释了当时所有已知的行星逆行现象，甚至能预测逆行发生的精确时间和行星在逆行期间的位移幅度。托勒密的模型被阿拉伯天文学家发扬光大，在中世纪的欧洲被当作唯一权威的天文理论持续使用了1400多年，直到16世纪哥白尼提出日心说。

> 🧊 冷知识：托勒密的地心说模型精度有多高？我们可以用火星举例子：他计算出的火星逆行周期是779天，与现代天文测得的火星会合周期780.5天只差了1.5天，这个误差在古代没有望远镜的情况下已经非常惊人，也难怪他的模型能统治天文界这么久