□ 劉長君

人造天象
——國際空間站凌掩天體的查詢與拍攝（上）

□ 劉長君

圖1 筆者拍攝的國際空間站凌日

引言

隨著我國載人航天工程和探月工程的穩(wěn)步推進，大眾對天文和航天的關注度逐漸提升，越來越多的天文愛好者開始觀測與拍攝人造天體過境。在本刊2007年第三期“人造天體觀測入門”專題中，詳細介紹了人造天體觀測的基本知識，筆者也正是從那時開始了觀測和拍攝國際空間站過境、銥星閃光和天宮一號過境等人造天象，在這些拍攝經(jīng)歷中，令我最難忘的便是拍攝國際空間站凌日。

觀測特點

國際空間站凌掩天體有著與觀測其他天象不同的特點，由于相對同一地理位置而言，凌掩發(fā)生的機率小，受天氣因素影響的概率大，拍攝技巧需要詳細計算，因此，國際空間站凌掩天體幾乎是人造天體觀測與拍攝難度金字塔的最頂端。

1 觀測優(yōu)勢強于其他天象

國際空間站凌掩天體一般指凌日、凌月和掩星，凌日發(fā)生在白天，對于觀測者而言，可以對天氣和拍攝環(huán)境有更直觀的把握，凌月和掩星通常發(fā)生在夜晚，但國際空間站很亮，這對于飽受城市光污染與霧霾影響的天文觀測活動來說是一個福音，讓學校社團、科技館和天文館等科普組織和單位方便組織同學和公眾進行觀測。

2 拍攝設備相對簡單

隨著近年來公眾生活水平的提高，越來越多的愛好者購入了天文望遠鏡和赤道儀等設備，開始嘗試天文主題攝影，跟深空天體攝影相比，其拍攝設備更加簡單。國際空間站凌掩天體的拍攝通常只需要一架天文望遠鏡和后端拍攝設備，甚至連赤道儀也不需要。后端拍攝設備最常見的便是數(shù)碼單反相機和天文攝像頭了，如何搭配天文望遠鏡與后端拍攝設備是需要精心計算的。當然了，減光措施也是必不可少的，通常選用巴德膜濾光片。

3 觀測意義明顯

和其他人造天體的觀測與拍攝一樣，國際空間站凌掩天體有著重要的意義。通過觀測與拍攝國際空間站凌掩天體，我們可以對比出國際空間站的實際運行軌道與理論預報位置是否一致，國際空間站的亮度與光變是否滿足預報的參數(shù)，這些信息是可以應用于研究國際空間站在軌運行狀態(tài)的重要科學依據(jù)。

查詢方法

圖2 國際空間站凌月（圖片來源于網(wǎng)絡）

人造天體過境預報的查詢通常使用兩個網(wǎng)站，一個是www.heavensabove.com，另一個是www.calsky.com。近期heavens-above. com增加了中文服務，更便于國內(nèi)天文愛好者查詢?nèi)嗽焯祗w的過境信息，有興趣的同好可以詳細地研究一下。國際空間站的凌掩天體的精確預報信息目前只能在calsky.com上查詢，calsky.com是一個十分強大的免費天文網(wǎng)站，幾乎包含了所有常用的天文信息，包括了日歷、天氣預報、太陽、月亮、行星、彗星、深空天體、人造天體等方面，英語好的同好應該深入研究一下這個網(wǎng)站。這里筆者只介紹有關國際空間站凌掩天體的查詢方法，具體步驟如下：

第1步：添加觀測地位置信息

打開calsky.com，在首頁右側是關于注冊和選擇地理位置的鏈接，想深入研究的同好可以注冊該網(wǎng)站，這里筆者只介紹簡單的查詢信息，如圖3，點擊select a different site here，進入觀測地信息輸入頁面。在1 Your Geographical Position頁面中，如果知道觀測地詳細的地理坐標信息，可以直接填入坐標數(shù)值，不清楚的話也可以在下面的Google地圖上點擊出具體的地理位置，再單擊click here確定觀測位置，如圖4。

圖3 添加觀測地位置信息

圖4

在2 Your Time 欄中選擇UTC+8 Beijing , Singapore , Western Australia的東八區(qū)，如圖5。

圖5

如圖7，4 More Settings和 5 Free Login And Registry可以方便大家注冊，僅單次查詢國際空間站凌掩天體信息可以不輸入。

圖7

以上設定完成后，不要忘記點擊頁面最下面的go，以保存設定，如圖8。

圖8

在3 Your Astronomical Experience欄中選擇Astronomer的天文學家級別，需要注意的是查詢國際空間站凌掩天體預報信息必須選擇這一級別，如圖6。

圖6

第2步：進入國際空間站凌掩天體預報頁面

點擊最上面的calsky.com圖標回到網(wǎng)站首頁，國際空間站凌掩天體一直都是很熱的天文主題，如圖9，我們可以在首頁上找到cross the Moon, Sun, or encounters/occults planets or stars，并點擊進入國際空間站凌掩天體的預報頁面（系統(tǒng)默認被觀測天體為國際空間站）。

圖9 進入國際空間站凌掩天體預報頁面

第3步：輸入限制信息并查詢預報

在頁面左上角是預報起始時間和預報時效的時間輸入欄，起始時間一般直接選用查詢預報當時的時間，即點擊Now，在預報時效欄中通常選擇1 Week，即一周時間。由于國際空間站經(jīng)常變軌，只有在短時間內(nèi)經(jīng)常查詢才能保證預報的準確性。如圖10，選擇完成后，單擊go！完成設定。

圖10 輸入限制信息并查詢預報

預報設定分為兩欄，第一欄主要是填寫有關國際空間站過境時的高度角限制等信息，這一欄的信息我們通常設定為默認參數(shù)，如圖11。

圖11 輸入限制信息并查詢預報

第二欄上部分限制的是凌掩天體時凌掩中心線距離所在的觀測地的弧度角或者距離，筆者通常按照自己的最大活動范圍（Maximum distance to center line）設置為50km，如果你有時間并且可以自駕，那最好選擇250km。如圖12，下半部分的四個選項可輔助我們增加限制條件，以便剔除無法滿足觀測與拍攝條件的凌掩現(xiàn)象。

（1）Only transits:

Calculate and display sun/moon/planet/star crossers only, but no close encounters

只預報凌日、凌月、掩行星和掩亮恒星的信息，不包括接近上述天體。

（2）Only Sun/Moon events:

Display transits/encounters only with the Sun or Moon, but not with planets and stars

只預報凌日和凌月信息，不包括掩行星和掩亮恒星的信息。

（3）Satellite must be illuminated:

Display only transit/encounter events where the satellite is illuminated by the Sun and hence visible; e.g., the satellite can be detected as a dark silhouette against the Moon

國際空間站必須被太陽照亮，只預報國際空間站被照亮時凌掩或者接近天體的信息。

（4）Hide 'double' solar transits

(events/geographic places with passing of the satellite in front of the Sun on consecutively passes)不預報國際空間站在短時間內(nèi)的“雙凌日”。由于國際空間站繞地球一周耗時約一個半小時，當某次凌日過后，國際空間站又繞地球一周，在距離上次觀測地很近的位置會再一次發(fā)生凌日現(xiàn)象。

圖12 輸入限制信息并查詢預報

當限制信息填好后，不要忘記點擊右側的go！開始計算。

第4步：預報信息的解讀

勾選不同的限制條件會計算出多種不同的結果。（1）常規(guī)過境預報

圖13 常規(guī)過境預報

如圖13，這種預報的結果類似于heavens-above.com的國際空間站預報信息。2014年3月14日預報信息表示的含義如下：

Appears 5h29m50s-1.7mag az:243.3° WSW h:8.2°出現(xiàn)時刻5∶29∶50 亮度-1.7等 方位角243.3°西-西南方向 地平高度角8.2°（即最大高度）時刻 5∶33∶25亮度-3.9等 方位角Culmina■ on 5h33m25s-3.9mag az:324.3° NW h:56.5°通過過境圓弧中點為324.3° 西北方向 地平高度角為56.5° angular velocity: 0.88°/s距離觀測地495.5km distance: 495.9km height above Earth:419.1km eleva■ on of Sun:-7°距地表高度419.1km太陽的地平高度角-7°運動速度為0.88°/s

通過過境圓弧中點（即最大高度）時刻5:33:25，亮度-3.9等，方位角為324.3°，西北方向，地平高度角為56.5°，距離觀測地495.5km，距地表高度419.1km，太陽的地平高度角-7°，運動速度為0.88°/s

at Meridian 5h33m52s-3.4mag az:0.0° N h:50.7°國際空間站通過子午圈（即處于正南或者正北方向）時刻 5∶33∶52亮度-3.4等 方位角為0.0° 正北方向 地平高度角50.7° Disappears 5h38m51s1.5mag az:49.0° NE Horizon國際空間站消失于地平線 5∶38∶51亮度為1.5等 方位角為49.0°東北方向 地平線

點擊Ground track可以查看國際空間站過境中心線在地面上的位置。

點擊star chart可以查看國際空間站過境時在天空中相對背景星空的位置。

由以上信息可以得知，這是一次觀測條件很理想的過境。

（2）凌日凌月預報

圖14 凌日凌月預報

如圖14，勾選Only Sun/Moon events，即可以預報出凌日凌月信息，為了提高凌日凌月機率，筆者通常不勾選Only transits選項，而由自己來判斷是否符合自己的觀測條件，選完不要忘記點擊go！。

圖15

通常在所選擇的觀測地理位置很少有處于凌日凌月中心線上的機會，一旦顯示Crosses the disk of Moon，如圖15，那么恭喜你，可以不需要長途跋涉便可以觀測和拍攝國際空間站凌掩天體。

圖16

但大多數(shù)時候，預報信息會顯示Close to Moon/Sun，指的是凌日凌月中心線沒有穿過以觀測地為圓心50km為半徑的圓，所以我們只有帶上器材，趕赴凌日凌月中心線的地方進行觀測與拍攝。如圖16，右邊為部分重要預報的解讀：

粗體字Distance=52.25km，指的是觀測地距離凌日凌月中心線的最小距離，我們可以根據(jù)自己的移動范圍來判斷這次凌日凌月是否可以觀測，這個時候可以自駕便成為了觀測優(yōu)勢。Azimuth=32.3°，水平高度角為32.3°；NNE，方向為東-東北；ground speed=8.032km/s，國際空間站陰影在地面的移動速度為8.032km/s；width=7.1km，凌月帶寬度為7.1km；max. duration=1.1s，最大凌月時長1.1s。

被凌天體的位置通常我們可以不查看高度或位置信息，因為在天氣晴朗的時候，太陽或者月亮通常抬頭便是，我們只需將望遠鏡移動到太陽和月亮便可以進行拍攝。

如圖17，點擊Centerline，我們可以查看凌日凌月中心線在Google地圖上顯示的具體位置，以利于我們方便的選擇最佳的觀測位置。也可以點擊Google Earth GE kml-Download下載中心線的kml文件，然后在Google Earth中打開查看。觀測地通常筆者都選擇距離自己比較接近，容易抵達并容易在地面辨認的開闊場地，如高速公路邊、河邊或者廣場。點擊距離觀測地最近的一個紅色方格，會顯示出詳細的過境信息。

圖17

圖18 國際空間站凌月（圖片來源于網(wǎng)絡）

（3）掩星預報

如果我們不勾選Only Sun/Moon events，只勾選Satellite must be illuminated，通常我們可以查看掩星預報信息，如圖19。

圖19 掩星預報

如圖20，預報信息中顯示的Close to Jupiter，即表示國際空間站將會掩木星，其他含義同凌日凌月預報信息是相同的，這里筆者不再贅述。

圖20 掩星預報

有的時候并不是所有的凌日凌月預報信息都是可以觀測的，如白天的國際空間站凌月，觀測起來難度很大，發(fā)生在白天的國際空間站掩星通常是不能觀測的，我們必須對預報信息作出判斷與甄別，像上圖發(fā)生在13h51m09.71s的國際空間站掩木星，由于白天天空太亮，便是不可能觀測到的。

此外，由于國際空間站經(jīng)常變軌，我們需要經(jīng)常進行查詢，平日里即要對國際空間站的運行位置有所了解與跟蹤。在https://maps.google.com/maps?f=q&hl=en&q=http://www.calsky.com/pub solartransitiss.kmz中，我們可以查看國際空間站未來2天內(nèi)的凌日軌跡，在https://maps.google.com maps?f=q&hl=en&q=http://www.calsky.com/pub/lunartransitiss.kmz中，可以查看國際空間站未來2天內(nèi)的凌月軌跡。查詢預報是一件枯燥但充滿期望的事情，經(jīng)常查詢才能不漏過每一次國際空間站凌掩天體的預報。

下期將介紹國際空間站凌掩的拍攝方法。

（責任編輯 蘇晨）