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这个夏天,我们一起去“跑”国际空间站马拉松

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发表于 2014-6-3 19:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 夏至 于 2014-6-3 19:34 编辑

      一提起梅西耶天体马拉松,相信大家都有所了解。但是说起国际空间站马拉松,可能大家就不太清楚了。国际空间站不就一个么,怎么能马拉松?其实这个马拉松非彼马拉松,马拉松这个词在这里倾向于一种挑战活动。其中梅西耶天体马拉松注重的是看到天体的数量,但是国际空间站马拉松注重的是看到的次数。
2012年国际空间站马拉松期间拍摄的国际空间站掠进地影.jpg
2012年国际空间站马拉松期间拍摄国际空间站掠进地影

       说到这里大家可能又不明白了,国际空间站看到的次数?他还能看到很多次么?当然能,但这仅出现很短的一段时间内,而且全球大部分地区看不到这种现象。具体哪里能看到,怎么才能跑完这个马拉松?下面我会为大家慢慢介绍。
发现历史:
      国内最早知道这种现象的人应该是现在的北京天文馆朱进馆长,他2003年5月在水木清华天文版转了一条国外卫星观测讨论组的消息:内容大概是有人说一晚上看到了五次国际空间站,于是这个讨论组里就叫这个现象为国际空间站马拉松(International Space Station Marathon)。虽然这么早就有人关注了,但是貌似并没有人实际去观测。直到2005年6月底我跟朱进馆长在平谷黄松峪,才开始做了第一次国际空间马拉松观测的尝试。但是由于观测点北面不够开阔,连续五天的观看最多也就一晚上看到四次国际空间站。并没有达到一晚看到五次的标准,因此不能算“跑”成国际空间站马拉松。2006年由于没有找到合适的观测队伍,无奈只好放弃。直到2007年在北京上大学后,才在期末考试的间隙跑到香山上完成了国际空间站马拉松。
形成原理
      开始并不太清楚这个现象的原理,只是在2005年只是大致发现了这个现象只发生在夏至日附近。2006年在北京青少年科技俱乐部天文组里面讨论后,得出的结论是:该现象只发生在纬度38~45度的地方,且只发生在夏至附近(南半球在冬至附近)。因为比45度纬度大的地方,由于夜晚太短无法达到观测5次国际空间所需的时间(6小时12分钟)。比38度纬度小的地方,由于凌晨国际空站高度太低(小于7度)而很难看到,所以也无法看到这个现象。
后来通过软件模拟,发现国际空间站马拉松这种现象实际是一种极其特别的现象,一般国际空间站在地球的轨道是这样的:
正常(带注释).png
运行轨道有一部分在地球阴影内,有一部分在太阳光的照射下。
    但是由于国际空间站的轨道倾角是51.6度,与夏至前后地球晨昏线与赤道的夹角66.5度相差不大。因此在夏至前后,它的轨道有可能跟地球的晨昏线几乎平行:
凌晨国际空间站.png
于是国际空间站就在这段时间内不进地球的阴影了,所以这时我们在凌晨也能看到国际空间的过境。但是由于国际空间站的轨道面的进动,这种现象只能持续五六天。如果这五六天内天气不好,国际空间站马拉松就无法进行。因此相对与梅西耶天体马拉松来说,国际空间站马拉松会更有挑战性。

    同样在南半球的夏季,也会出现这种现象,但是由于南纬40度左右几乎没有什么陆地,所以国际空间站马拉松北半球是最佳的观测点。不过由于夏季的夜晚比较短,国际空间站马拉松一般一夜有五次过境。只有在纬度40到38度的地方,偶尔能看到六次。不过这种情况下凌晨那次高度会非常低,而且第一次跟最后一次都是在晨光中经过的,非常考验观测者的耐力以及眼力。2007年我在香山看的那次国际空间站马拉松就是这种极端情况,以至于最后一次国际空间站过境稚嫩用摄像机拍下来。因为当时距离日出只有20分钟了,拍照已经拍不到国际空间站了。
发生频率
        一般情况下国际空间站一年只发生两次,一次在北半球夏季。另一次在南半球夏季。但是后来的发现,在极特殊的情况下,国际空间站马拉松每年也可能会发生三到四次。也就是北半球夏季两次,南半球夏季两次。因为地球的晨昏线跟国际空间站的轨道平面会合周期大概是两个月,而国际空间站马拉松的可发生时间大概是5月20日到7月30日,因此从理论上来说一个夏天是可以发生两次国际空间站马拉松的。但是由于以前一直认为国际空间站马拉松每年夏天只有一次机会,所以并没有关注7月份有没有发生。而且国际空间站经常变轨以及提升轨道,所以大家可以在夏天随时关注一下国际空间站的预报,没准一年可以有两次机会看国际空间站马拉松。
如何选择观测地点
       观测前首先你要确定你的观测点是不是在可见纬度区域内,然后就是观测点的北边不能有任何遮挡物。因为凌晨的几次过境都是在北方低空出现,如果有遮挡就有可能看不到(在北纬40度附近的尤为重要)。并且尽可能找光污染轻的地方,因为国际空间站虽然体积很大,但是在低空的条件下亮度也不是很明显。不过根据这几年的观测经验,在天气良好的情况下,在北京市区内这种光污染及其严重的地方,还是有完全可能完成国际空间站的马拉松的。我们就曾在北京大学理教二号楼顶天文台完成了一夜五次的国际空间站马拉松。因为现在国际空间站已经完全建成,即便是在10度的低空,目视亮度也能到0等左右,观测难度不是很大。
国内观测国际空间站马拉松的最佳纬度
        一般情况下我们定义一晚观看五次国际空间站作为完成马拉松的标准,这样北纬41度~44度是最佳的观测地点。因为在这个区域内凌晨出现的国际空站高度会比较高,相对来说观测容易一些。但是如果想一晚上看到六次,那只能到北纬40~38度这个范围内去观看,因为只有在这个区域夜晚的时间才足够长。但是通常情况下,一晚上出现六次的机会很少,通常每个夏季同一地点只有一个夜晚是这样的,所以想完成一晚上六次是一件及其困难的事情。但是如果你有方便的交通工具,也可以每晚都跑到发生六次过境的经度去守候,这样完成六次的概率就会大大增加。
观看国际空间站马拉松注意事项
       首先你要确定你的观测地点的经纬度,这样你才能获得精确地国际空间站预报,现在有电子地图的时代这个确定起来不难。不过由于凌晨的过境有时高度会低于10度,所以推荐用calsky网站或者SatSpy软件来计算过境。因为Heavens-Above网站不预报地平高度10度以下的过境,所以可能会漏掉一些过境的预报,因此不推荐使用。再加上国际空间站经常变轨,所以观测前一定要再看一下新的预报,以免因为临时变轨而导致观测失败,这一点非常重要。另外由于国际空间站转一圈要92分钟,所以在每次过境中有将近一个小时的空档。这段空闲的时间可以用来安排其他的观测,或者跟其他爱好者一起交流,这样时间就不会太难熬。不过最好定好闹铃什么的作为提醒,以免耽误下一次的过境。
国际空间站马拉松期间可能出现的奇特现象
国际空间站掠进地球阴影
      国际空间站马拉松期间国际空间站是不进地球阴影的,但是在国际空间站马拉松开始前几天或者结束后几天,国际空间站进入地球阴影的角度会非常小。这时国际空间站进地球阴影的时间会很长,而且不完全。有时在进地球阴影后,还能用望远镜看到很久或者突然变亮。这种情况在平时很难看到,大家如果有空也可以关注下。
在同一次过境时看到国际空间站进出地影
      在国际空间站马拉松刚开始或者结束的情况下,国际空间站可能会刚好切入地球阴影一点。这种情况下,如果位置合适,我们可能在一次过境中看到国际空间站进入地影又出来。这种情况大概只发生在国际空间站马拉松开始前和结束后的两三圈左右,因此极为罕见。2012年国际空间站马拉松结束的时候,北京地区就能看到这种情况,可惜由于是在市区内看的。南部光害太严重没有看到国际空间站出地影。但是通过软件模拟这种情况是确实存在的。因此如果今年条件足够巧,大家也可以关注一下这种神奇的现象。各种人卫预报网站对这种特殊现象不预报,因此只能用SatSpy或者Orbitron软件来计算。
在同一地区看到进出地影.png
在国际空间站马拉松开始前和结束后,国际空间站轨道只有一小段进入地球阴影,进出地影可在同一地区看到。
文章中的国际空间站轨道示意图,均截自SatSpy 4.0软件


结束语
        到此国际空间站马拉松就大致介绍完了,可能这时会有人想,我们国家的天宫一号是不是也会出现这种现象?可惜答案是不会出现,因为天宫一号的轨道倾角是42.8度,跟夏至晨昏线的倾角66.5度相差过大。因此在运行中不会出现轨道不地影的情况,自然不会出现天宫一号马拉松这种现象。不过人造卫星造成的各种神奇现象很多,也没准会有其他神奇的现象出现,这就需要大家在平时多留意观察。

       在这篇文章写完后我看了一下国际空间站的轨道,发现今年国际空间站马拉松的时间段是6月2日到6月7日。因此可能有些同好在收到这期杂志的时候已经错过了这段时间。不过大家不要气馁,因为国际空间站的轨道多变,没准会推后几天或者7月底在发生一次。而且人造卫星的神奇现象还有很多,之后我会陆续跟大家介绍其他有意思的现象。
本文刊载在《天文爱好者》2014年第六期上,因杂志到达时间可能晚于ISS马拉松的时间,因此提前发出给大家参考。
发表于 2014-6-3 19:38 | 显示全部楼层
好文,赞!
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发表于 2014-6-3 19:38 | 显示全部楼层
涨姿势了
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发表于 2016-1-3 14:53
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