空间站摄影系列零基础教程【1】基础知识
本帖最后由 旋风RDX 于 2023-1-20 14:22 编辑想要拍好空间站，首先肯定需要熟悉空间站。就好比拍星的人需要熟悉四季星空，才能更好地规划自己的摄影过程。以空间站为代表的人造天体也有一些自己的特殊性质需要初学者首先掌握。 虽然人造天体很多，但是具有超高亮度的却很少，不然会对夜空造成强烈的污染。最有代表性的就是当前轨道上的两座空间站：国际空间站（ISS, International Space Station）、中国空间站（CSS，China Space Station），首先需要关注的重要参数是它们的大小和亮度。国际空间站由于桁架结构的巨大太阳能翼阵列，具有比中国空间站更大的面积。空间站发光的原理是反射太阳光，因此面积更大的空间站一般亮度也更大。国际空间站过境时，亮度可以达到-4等以上，千公里被照亮一半时有-1.8等，近地点被完全照亮时有-5.6等；而中国空间站也可达-2等以上，千公里被照亮一半时有0等，近地点被完全照亮时有-4.2等。注意，空间站过境时距离和被照亮面积不同，因此不是所有的过境都能达到很高的亮度，必须选择特定的窗口才能看到明亮的空间站过境。
图1 两座空间站的尺寸对比 国际空间站的轨道半径约410km；而中国空间站更近一些，约380km。若以特征尺寸109m计算国际空间站在地面的视直径，则为2*acrtan(54.5/410000)=55角秒；若以特征尺寸75m计算中国空间站在地面的视直径，则为2*acrtan(34.5/380000)=38角秒。通过与天文爱好者们熟悉的行星摄影对比，我们可以发现空间站的尺寸与土星和木星的大小相当。
图2 使用同一设备拍摄的空间站和行星的大小比较（信达小黑+3X巴洛镜，等效焦距2250mm） 但是，正如行星摄影时，行星距离地球远近一直变化导致视直径一般达不到理论最大值，空间站更是与观测者的距离变化不定。对于行星来说，近地点叫做“冲日”；而空间站的最近点应该被称作“天顶过境”。因为只有空间站到达正头顶的时候，与观测者的距离才是最近的轨道高度。大多数情况下，空间站都是低角度过境。空间站过境轨迹的最高点角度越高，距离越近；同时角度越高，也越能避开低空的强光害、低通透度、差视宁度和大气色差等不利于拍摄的情形。跟天文摄影的叫法一样，空间站轨迹最高点也可以称作“过中天”，考察某次空间站过境是否利于拍摄的首要参考就是过中天的高度。越接近90度越好（也越难得）。
图3 接近90度过中天和接近30度过中天的区别
ISS和CSS的过境高度与观测者所处的地理位置也有关系。ISS的轨道倾角比CSS大，ISS为51.6°；CSS为41.5°（ISS第一个舱段发射于哈萨克斯坦，CSS却是在海南文昌），因此高纬度地区的ISS过境概率比CSS大。如果是东北的星友经常会抱怨，CSS很少有高角度过境能观测，就是这个原因。
图4 两个空间站的不同轨道倾角，左：CSS；右：ISS 对于空间站过境还有一个特殊的术语叫做“出地影”，仔细观察一些空间站过境星图就会发现，轨迹有实线还有虚线，实线代表空间站被照亮，而虚线代表空间站在地球的阴影中。而从虚线到实线的交点就是空间站“出地影”的位置。什么是出地影？我们先考虑一下为什么能看到空间站过境。如果仔细观察天文通的过境预报会发现，可见过境基本都发生在两个时间段：傍晚和凌晨。如果有人说在午夜看到一个亮点说是空间站过境，那你一定可以立刻反驳他认错了。因为想要看到明亮的空间站过境有两个必要条件：1） 空间站被太阳照亮；2）观测者所处地点处于黑夜，没有太阳，天空不亮。 当观测者所处地点处于午夜12点时，空间站从此地附近路过时，肯定不会被太阳照亮，这时空间站就处于“地影”中；当观测者所处地点处于正午12点时，空间站从此地附近路过，肯定被太阳照亮了，但是是用背阳面冲向地面，而且正午阳光正猛烈，空间站再亮也看不到。所以，非常有趣的一点就是，人造天体可见的过境频繁发生于日落后和日出前。有一些空间站过境条件，虽然中天高度很高，但是大部分过境时间都处于地影中，不可见；可能一直到出地影了，空间站过境也快要结束，这样的过境仍然不利于观测。
图5 出地影与不佳过境情形 这里放一道有一定难度的江苏高考地理真题，如果你看懂了上述的解释，应该就知道什么是出地影了，可以挑战一下这题，思考为什么四个地点明明都在空间站轨道附近，为什么只有一个选项可以看到空间站过境？
图6 高考题中的空间站过境 综上所述，难道空间站过境只有凌晨和傍晚才能观测和拍摄吗？不，有两种极为特殊的情形，那就是空间站凌日和凌月。凌日可以发生在正午，而凌月可以发生在午夜。这些时候，空间站都理应不可见，但是天空背景存在一个极为明亮的背景做衬托，就使得空间站以“剪影”的方式出现在画面中。关于空间站凌日和凌月，在后续的章节会再详细讨论细节，这里先留给读者思考：什么情况下的空间站凌日月最具有观测价值？什么情况下，能才能观测到明亮的空间站以非剪影的形式凌月？ 还有一种例外情况的超高难度空间站摄影：空间站凌木星、土星等。前文提过，空间站的尺寸和土星和木星相当，想让两者在夜空中完美相遇，简直如同在一百公里外两个狙击手互相开枪让子弹撞击到一起并拍摄撞击瞬间一样困难，需要超高精度的过境预报和十足的运气和技术才可能成功。国外有此类题材的成功作品，在国内类似的摄影挑战还十分罕见。天文通有这个预报功能，但是其预报精度远远不足，计算可知正中靶心的观测点误差不能超过几米。 除了过境高度，还有一个有趣的话题是空间站的过境方向。我们都知道，日月星辰皆为东升西落，正如“太阳从西边升起”是一种代表不可能事件的比喻；但是，空间站是怎样过境的？如果你观测过几次空间站，就会发现这个有趣的事实：空间站是自西向东过境的。也就是，它会从西边升起！仔细想想这其实很正常，由于空间站是从地球上以顺着地球自转的方向（自西向东）发射的，但是发射后它会远远超过地球自转的速度，所以会相对于地面，它会先从西边出现，划过夜空后消失在东方。（可以翻回去看一下空间站过境星图里的过境方向，升起可能是西北或者西南，但是一定是偏西） 还有一个需要讨论的是过境速度。第一次观看空间站过境的朋友经常会感慨它运动的速度很快，跟飞机差不多，但是区别在于飞机的灯光会闪烁，而空间站是一个恒定的亮点。一般空间站过境时，在低角度部分速度较慢，在过中天时速度最快，最快可达到1度每秒，飞越整个天空的时间可能在5-10分钟；凌日月的全程可能仅半秒！ 本文的最后介绍几种获得空间站过境预报信息的方法。如果你是一般爱好者，建议使用微信小程序天文通的空间站过境预报，可以选择ISS和CSS以及其他人造天体的基本过境预报，注意自己的定位要准确，否则会出现预报偏差；如果你是资深空间站摄影发烧友，那么首推在使用天文通进行基本过境筛选后，进入Heavens-Above这个专业级网站（https://www.heavens-above.com）进行某次过境精确过境信息的获取。相比天文通，它会给出在程序跟踪时十分重要的“轨道根数”（两行数字，位于进入网站后某人造天体的“轨道”栏目）；除此以外，其星图可以放大到非常精确的程度，如果使用守株待兔法可以利用此进行蹲点的规划。Heavens-Above也有安卓APP，界面简洁也很好用，感兴趣可以进行下载使用。 最后提醒一点，人造天体具有频繁的变轨能力，因此预报也存在偏差。如果根据预报提前几天指定了观测计划，必须在最后几个小时甚至临近时刻进行预报的更新获取，以防出现大幅度偏差而导致观测失败。
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膜大佬，收藏了，慢慢学习研究借鉴。这个核零基础教程系列主要面向于小目标嘛{:5_277:} 感谢楼主分享！学习了！ anhan 发表于 2023-01-10 00:03
膜大佬，收藏了，慢慢学习研究借鉴。这个核零基础教程系列主要面向于小目标嘛
空间站没有大目标http://app.imufu.cn/public/emotion/face_004.png 旋风RDX 发表于 2023-1-10 12:21
空间站没有大目标
哈哈，眼拙了，不过用发展的眼光看，不久的将来说不定就成大目标了{:5_296:}
顶～～～～～～～～～ 感谢楼主分享！
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