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长期观测火星会发现，火星的大小、明暗存在周期性变化，这是因为火星和地球都沿着各自的椭圆轨道围绕太阳运行，两者之间的相对位置随时发生变化。在内圈的地球有时落在后头，有时又跑在前头。有时中间隔着太阳，距离超远，最远的时候两个星球相隔约4亿公里。有时都运行到太阳一侧，又会靠得很近，最近的时候大约5500万公里。
要想观测到最亮的火星，就要选在地球正好在太阳和火星之间，并且呈一条直线的时候，相当于农历十五看月亮，这种现象叫作“火星冲日”。
地球围绕太阳一圈需要365天，而火星需要687天。火星每走完一圈，地球转了将近两圈。所以，经过780天，也就是每两年零两个月左右才会出现一次火星冲日。
火星冲日还有一个特点，每次冲日我们看到的火星亮度和大小也不一样，这是怎么回事呢？这是因为火星和地球的轨道特点不同。
火星冲日示意图
中科院国家天文台阿里基地
2020年10月14日，在位于西藏的中科院国家天文台阿里基地拍摄的火星
2020年10月14日，地球与火星的直线距离示意图
行星轨道都是椭圆形，椭圆的程度却不一样。火星轨道相对来说椭圆的程度更厉害一些，而地球更接近圆形。火星在离太阳最近，也就是在它过近日点的时候，距离太阳大约2.07亿公里。而在远日点的时候距离太阳大约2.49亿公里，差了约4200万公里。当火星在近日点附近发生冲日时，和地球的距离就比较近，最近时可以达到5500万公里左右。而在远日点附近冲日的时候，距离地球就比较远，最远可以超过1亿公里。两者距离相差了4000多万公里。天体距离我们越近，看起来就会越大，看得也越清楚。同样是冲日，火星在近日点附近发生冲日称作“火星大冲”，每隔15年到17年才会出现1次。
“火星大冲”是观测的最佳时刻。2018年7月27日，是火星大冲，火星距离地球约5759万公里，下一次大冲将在2035年发生。
2020年10月14日火星冲日，火星距离地球不到6300万公里。夕阳西下后，火星便从东方升起，人们可以通宵观赏火星神奇而迷人的风采。火星冲日不仅仅是观测火星的最佳时刻，也是火星距离地球相对近的时刻。