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觀測人造衛星
（2006年02月16日 19:01:15）
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□作者:
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日落後的傍晚，有時你會看到夜空中有幾顆明亮的“星星”正在緩緩的移動。他們就是環繞地球飛行的人造衛星。這些衛星大多是用于通訊、天文觀測、軍事任務和遙感（氣象、氣候、地質、地理、）等等。他們所運行的軌道會受到諸多方面的影響，比如說高層大氣的條件、地表特征等等。人造衛星能否被地面上的觀測者看到同樣受到各種因素的制約。了解了這些因素與人造衛星的亮度的關系以後,就可以保證你可以在最佳的時刻觀測他們。
一、影響觀測的主要因素——軌道
人造衛星所運行的最簡單的軌道莫非就是圓形軌道。這種軌道可以用軌道高度（人衛距離地表的高度）以及軌道傾角（人衛軌道平面和地球赤道面之間的夾角）這兩個參數來描述。地球上的觀測者能否觀測得到這些人衛全由前面的兩個參數值決定。而實際上，大多數的人衛軌道都是橢圓形的，他們所處的的軌道高度介于遠地點高度和近地點高度之間。
二、高度與亮度的關系
對于一個體積固定的人造天體來說，距離地面越高遠越難于觀測。他們的亮度通常用天文學上的星等概念來定義。
人造天體的亮度基本由以下三個因素確定
1 衛星表面狀況—— 如果一顆衛星具有高度拋光、高度反光的表面，那它所反射的陽光當然是最多的。從地面上看也比較亮。一顆具有漫反射表面的衛星看起來當然要比一顆具有鏡面反射表面的衛星微弱的多。當然，隨著時間的推移，光亮的表面也會慢慢變得比較粗糙，另一方面，粗糙的表面有時候也可能被熔化反而變得光滑。有時候人造衛星上的某些結構（如太陽能電池板等等）也具有很高的反射度，他們就像鏡子一樣也可以反射大量的光線。
2 人造衛星的尺寸——這是一個非常重要的參數。很顯然，衛星的尺寸越大，越容易觀測到。
3 人造衛星的姿態—— 相對于觀測者來說，衛星的反射截面的有效面積越大，我們接收到的光也就越多。反射截面的大小與衛星的姿態有著密切的關聯，衛星的姿態同時也決定了反射光柱的方向。如果太陽—衛星—觀測者之間的角度匹配（理論上這個角度應該等于90度或者更小）的話，我們就會看到衛星。如果將衛星的形狀看成球形（比如月亮），那麼當這個角度為零度的時候，我們看到得將會是明亮的“滿月”，衛星被觀測到的幾率便會很大。這樣，當太陽落山後，衛星在東方天空出現的幾率最大；與之相反，黎明前，衛星在西方出現的幾率最大。如果此時衛星正在翻轉，那它將會不斷的閃爍。產生翻轉的原因有很多種，比如衛星打開它的負載設備或排放廢棄氣體和燃料。
衛星觀測時所處的地平高度對其亮度同樣有非常大的影響。處于地平和處于天頂兩個觀測條件下，衛星的亮度可以相差1-2個星等。
三、衛星軌道傾角與亮度的關系
衛星軌道傾角決定了衛星將會在地球上哪一個區域的上空飛過。如果衛星的傾角為25度，那麼北部歐洲將不會看到這顆衛星，除非它的軌道高度達到1500km以上（然而這樣它的亮度也必然很低）。衛星的軌道大體分為三種類型︰
1 橢圓軌道——軌道傾角大約在0-70度之間，目前大多數的衛星都沿著這種軌道來運行。具有這種軌道的衛星通常可以在東西方向的半空中找到。發射這種軌道的衛星可以部分借用地球自傳的離心力，不但節省了燃料而且還可以加大有效載荷。
2 靜止軌道——這是一種特殊的橢圓軌道，其軌道高度約為36000km，衛星環繞軌道一周的時間是一天。這樣從地球上看來，衛星就好像被固定在某一個點上。
3 極軌道—— 當衛星軌道傾角非常大的時候，衛星將會從地球兩極的上空掠過，隨著地球的自轉，衛星可以觀測到整個地球表面。比如氣象衛星通常都是沿著這種軌道來運行的，同時他們的軌道也是太陽同步的（即它們的軌道與太陽之間的位置是鎖定），因此他們總是在每天固定的時間經過地球上謀一固定點的上空。
影響觀測的其它因素
當衛星進入地球的陰影區，便會發生“食”。這是影響觀測的又一個因素。食的發生通常取決于衛星的高度、姿態、觀測者的位置以及當地的時間。比如每年七月份，位于北極的觀測者頭頂上方地球陰影的高度比位于赤道地區的觀測者矮的多。因此對于觀測低軌道的地球人造衛星來說，高緯度地區的觀測者擁有可觀測夜的時間更長。事實上，北極的觀測者幾乎根本看不到衛星進入地球陰影的現象。
現在來看一個例子。如圖所示，此時北半球正是夏天。當衛星從軌道的N點運行到C點時，處在A區的北方觀測者可以看到它。當衛星從軌道的D點運行到S點時，則處在B區的觀測者可以看到它，但這只是很短的一瞬間。類似的，當北半球到了冬季，情況正好相反。由于地球自轉軸的傾斜，地面上的可觀測區域在夏天會擴展到更低緯度的地區。這種循環的周期和地球公轉的周期相同，都是一年。再來看一下位于中低緯度的觀測者，他們的觀測條件並不樂觀，因為只有在太陽落山後或者黎明以前，他們才可以一睹這些衛星的美麗閃光。
好了，已經知道了這麼多，到底應該怎樣去作，我們才能看到這些美麗的人造天體呢？
首先，我們應當知道觀測地點的準確坐標，最好用GPS測一下（因為衛星出現的方位、高度和觀測者的地面的位置有直接的聯系），如果條件達不到，只好用附近城市的坐標來代替，但由此也會引入一定的誤差。然後連接德國宇航中心頁面將你的坐標填入對話框中，然後就可以查詢你想看的衛星的觀測資料了。得到了衛星的觀測資料（比如出現的時間、高度以及方位角）我們就可以根據這些資料來安排我們的觀測計劃了。
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責任編輯:skylook
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