比天狼星还亮16倍,肉眼可见,这或是人类看到的最亮人造物体

文章作者:管理一号 | 2019-11-19
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肉眼能否看到人造卫星?这是一个十分有趣的话题,很多人认为这里涉及到肉眼能看多远的问题,但这其实不是首要问题。肉眼看到人造卫星,最要害的还是要知道人造卫星的过境时间,最好有专业的设备,但是在特殊情况下,肉眼也是能够看见的,今日这篇文章就科普一下肉眼看到人造卫星的几个要素,以及怎么找到空间站等人造物体。

比天狼星还亮16倍,肉眼可见,这或是人类看到的最亮人造物体

图注:长曝条件下观测空间站大致是这个画面

目标物体的情况

人的肉眼其实能看到很远的天体,比如38万公里外的月亮,250万光年外的仙女座星系,在地理观测上一致以亮等进行区分。对于绝大部分的人类,肉眼可见的亮等为6,在6以下亮等的天体都是肉眼看见,6以上的十分昏暗,是肉眼看不见的。月球为何肉眼可见,是因为其视星等为-12,当然能够看见。

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图注:肉眼看仙女座星系大致是这么个情景

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图注:夜空中的天狼星(左上)

肉眼看到人工卫星,那么肯定要知道目标物体的基本情况。以国际空间站为例,其轨迹高度400公里左右,目前是最大的一个人工物体,长达100米,总重量为520吨,规划是和平号空间站的4倍以上。国际空间站每天绕行15.7圈,速度为每小时2.7万公里。观测国际空间站有个优势,那就是其太阳能电池板可增加被观测到的概率。一般情况下,太阳能电池板反射的光可让空间站亮等达到-4.5,和金星差不多,比夜空中的天狼星亮16倍。如果视点适宜,空间站上的太阳能电池板可达到-8亮等,比金星还亮十几倍,我们可以肉眼看到国际空间站电池板的反射光。

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图注:国际空间站的正弦式投影

除了国际空间站外,天宫一号、联盟飞船、航天飞机等在较好的观测条件下,也是可以肉眼可见的。最关键的两个要素是,这些人造物体较大,而且有金属反射光。空间站每90分钟绕地球一圈,这说明空间站不仅可以看到,还可以看多次。对于观测空间站,由于其轨道参数固定,算好其凌日时间后,以日落后90分钟、日出前90分钟观测最佳。

计算出过境时间和地点

目前轨道上有3.5万个轨道物体,理论上几乎每时每刻都有轨道物体在天顶上路过,从过境的角度看,每15分钟就有一颗卫星从你头上正上方掠过。但是有些物体太小,无法用肉眼看到。对于空间站这样的大型轨道物体,也是需要卫星跟踪软件进行辅助定位,计算出过境时间和地点。在计算过境时间时,有多个软件可以辅助,只要输入观测点的经纬度,就可以计算出空间站的过境时间。

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图注:这是另一种软件上的空间站过境时间(读者可以自行搜索)

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图注:确定过境时间和自己所在的位置,通过一些软件可以获得。

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图注:过境时间和方位角要确定,这些都可以通过相关软件实现

比如图中观测位置是在英国,首先我们要选择获得空间站的过境时间(通过卫星跟踪功能的软件获得),一般情况下国际空间站划过天际只要几分钟的时间,因此速度要快。在空间站凌日的时间内,选择黄昏的时候比较合适,此时太阳已经下山,但仍然可以照到轨道上的物体,反射光比较强烈,对比度强,有利于观测。如果没有发现不要紧,因为每隔90分钟就会再出现一次,但此时的空间站高度要更高一些,在原来高度往上一些。

非肉眼观测

如果是非肉眼观测,使用双筒望远镜、天文望远镜加单反相机,那么观测的范围就成倍增加了。在肉眼观测法的基础上,假设好相机,完全可以拍到国际空间站。图中这张照片是有史以来地面观测设备拍摄到的最佳空间站图像,时间是在2007年,亚特兰蒂斯号航天飞机对接空间站,拍摄地点位于南菲尔德天文台。

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图注:业余观测者拍摄的空间站。

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图注:南菲尔德天文台拍摄的国际空间站,轨道高度350公里,也是迄今最清晰的地面拍摄的空间站图像

当然,拍摄的设备价格也高,为了精确对准空间站,就需要有电动跟踪装置、自适应光学元件等辅助器材,这样可以大大降低干扰,对准目标。尤其是自适应光学元件,可以补偿大气湍流的干扰。

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图注:德国TIRA合成孔径雷达观测到的阿特兰蒂斯号航天飞机

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图注:欧洲ATV飞船的轨道图像,也是由合成孔径雷达观测。

越专业的设备观测的精度越高,如果是地面合成孔径雷达,那么就涉及军用,比如德国TIRA合成孔径雷达,就可以拍到空间站,航天飞机等。可精细化展示航天飞机的结构,我们甚至可以看到这架航天飞机的舱门是打开状态。从图中标记可以看出,这架航天飞机轨道高度为650共公里,远远超出国际空间站高度。

综上,肉眼观测误差大,对设备要求几乎为零,可通过肉眼跟踪实现。如果要看到更加清晰的轨道图像,那么就要通过设备。由于设备的视场很小,需要精确定位,那么就要自动跟踪装置,还要消除大气湍流干扰,一整套组合拳打下来价格不菲,也耗时耗钱。根据以上欧洲ATV飞船、航天飞机的轨道合成孔径雷达图像可以看出,任何在轨道上隐藏的物体都是可以被发现的,只要知道轨道参数即可,没有秘密可言。且业余观测者也可以拍到,就是图像比较模糊一些,这也是国家队和个人在观测轨道物体上的区别。

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