這個(gè)夏天，我們一起去“跑”國(guó)際空間站馬拉松

□ 高 博

這個(gè)夏天，我們一起去“跑”國(guó)際空間站馬拉松

□ 高 博

2012年國(guó)際空間站馬拉松期間拍攝的國(guó)際空間站掠進(jìn)地影

一提起梅西葉天體馬拉松，相信大家都有所了解。但是說(shuō)起國(guó)際空間站馬拉松，可能大家就不太清楚了。國(guó)際空間站不就一個(gè)嗎，怎么能馬拉松？其實(shí)這個(gè)馬拉松非彼馬拉松，馬拉松這個(gè)詞在這里傾向于一種挑戰(zhàn)活動(dòng)。其中梅西葉天體馬拉松注重的是看到天體的數(shù)量，但是國(guó)際空間站馬拉松注重的是看到的次數(shù)。

說(shuō)到這里大家可能又不明白了，國(guó)際空間站看到的次數(shù)？它還能看到很多次嗎？當(dāng)然能，但這僅出現(xiàn)很短的一段時(shí)間內(nèi)，而且全球大部分地區(qū)看不到這種現(xiàn)象。具體哪里能看到，怎么才能跑完這個(gè)馬拉松？下面我會(huì)為大家慢慢介紹。

發(fā)現(xiàn)歷史

國(guó)內(nèi)最早知道這種現(xiàn)象的人應(yīng)該是現(xiàn)在的北京天文館朱進(jìn)館長(zhǎng)，他2003年5月在水木清華天文版轉(zhuǎn)了一條國(guó)外衛(wèi)星觀測(cè)討論組的消息，內(nèi)容大概是有人說(shuō)一晚上看到了五次國(guó)際空間站，于是這個(gè)討論組里就叫這個(gè)現(xiàn)象為國(guó)際空間站馬拉松（International Space Station Marathon）。雖然這么早就有人關(guān)注了，但是貌似并沒(méi)有人實(shí)際去觀測(cè)。直到2005年6月底我跟朱進(jìn)館長(zhǎng)在平谷黃松峪，才開(kāi)始做了第一次國(guó)際空間馬拉松觀測(cè)的嘗試。但是由于觀測(cè)點(diǎn)北面不夠開(kāi)闊，連續(xù)五天的觀看最多也就一晚上看到四次國(guó)際空間站，并沒(méi)有達(dá)到一晚看到五次的標(biāo)準(zhǔn)，因此不能算“跑”成國(guó)際空間站馬拉松。2006年由于沒(méi)有找到合適的觀測(cè)隊(duì)伍，無(wú)奈只好放棄。直到2007年我在北京上大學(xué)后，才在期末考試的間隙跑到香山上完成了國(guó)際空間站馬拉松。

形成原理

開(kāi)始并不太清楚這個(gè)現(xiàn)象的原理，是在2005年大致發(fā)現(xiàn)了這個(gè)現(xiàn)象只發(fā)生在夏至日附近。2006年在北京青少年科技俱樂(lè)部天文組里面討論后，得出的結(jié)論是：該現(xiàn)象只發(fā)生在緯度38~45度的地方，且只發(fā)生在夏至附近（南半球在冬至附近）。因?yàn)楸?5度緯度大的地方，由于夜晚太短無(wú)法達(dá)到觀測(cè)5次國(guó)際空間所需的時(shí)間（6小時(shí)12分鐘）。比38度緯度小的地方，由于凌晨國(guó)際空間站高度太低（小于7度）而很難看到，所以也無(wú)法看到這個(gè)現(xiàn)象。

穿過(guò)銀河的國(guó)際空間站

國(guó)際空間站馬拉松這種現(xiàn)象實(shí)際是一種極其特別的現(xiàn)象，一般國(guó)際空間站在地球的軌道是這樣的：

在凌晨也可以看到國(guó)際空間站

由于國(guó)際空間站的軌道傾角是51.6度，與夏至前后地球晨昏線與赤道的夾角66.5度相差不大。因此在夏至前后，它的軌道有可能跟地球的晨昏線幾乎平行：

國(guó)際空間站軌道整圈不進(jìn)地影

于是國(guó)際空間站就在這段時(shí)間內(nèi)不進(jìn)地球的陰影了，所以這時(shí)我們?cè)诹璩恳材芸吹絿?guó)際空間的過(guò)境。但是由于國(guó)際空間站的軌道面的進(jìn)動(dòng)，這種現(xiàn)象只能持續(xù)五六天。如果這五六天內(nèi)天氣不好，國(guó)際空間站馬拉松就無(wú)法進(jìn)行。因此相對(duì)于梅西葉天體馬拉松來(lái)說(shuō)，國(guó)際空間站馬拉松會(huì)更有挑戰(zhàn)性。

同樣在南半球的夏季，也會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，但是由于南緯40度左右?guī)缀鯖](méi)有什么陸地，所以國(guó)際空間站馬拉松北半球是最佳的觀測(cè)點(diǎn)。不過(guò)由于夏季的夜晚比較短，國(guó)際空間站一般是一夜五次過(guò)境。只有在緯度40到38度的地方，偶爾能看到六次。不過(guò)這種情況下凌晨那次高度會(huì)非常低，而且第一次與最后一次過(guò)境分別在昏影與晨光中經(jīng)過(guò)，所以非?？简?yàn)觀測(cè)者的耐力以及眼力。2007年我在香山看的那次國(guó)際空間站馬拉松就是這種極端情況，以至于第六次國(guó)際空間站過(guò)境是用攝像機(jī)拍下來(lái)的。因?yàn)楫?dāng)時(shí)距離日出只有20分鐘了，拍照已經(jīng)拍不到國(guó)際空間站了。

凌晨國(guó)際空間站

發(fā)生頻率

一般情況下國(guó)際空間站馬拉松一年只發(fā)生兩次，一次在北半球夏季。另一次在南半球夏季。但是后來(lái)的發(fā)現(xiàn)，在極特殊的情況下，國(guó)際空間站馬拉松一年也可能會(huì)發(fā)生三到四次，也就是北半球夏季兩次，南半球夏季兩次。因?yàn)榈厍虻某炕杈€跟國(guó)際空間站的軌道平面的會(huì)合周期大概是兩個(gè)月，而國(guó)際空間站馬拉松的可發(fā)生時(shí)間大概是5月20日到7月30日，因此從理論上來(lái)說(shuō)一個(gè)夏天是可以發(fā)生兩次國(guó)際空間站馬拉松的。但是由于以前一直認(rèn)為國(guó)際空間站馬拉松每年夏天只有一次機(jī)會(huì)，所以并沒(méi)有關(guān)注7月份有沒(méi)有發(fā)生。而且國(guó)際空間站經(jīng)常變軌以及提升軌道，所以大家可以在夏天隨時(shí)關(guān)注一下國(guó)際空間站的預(yù)報(bào)，沒(méi)準(zhǔn)一年可以有兩次機(jī)會(huì)看國(guó)際空間站馬拉松。

如何選擇觀測(cè)地點(diǎn)

觀測(cè)前首先你要確定你的觀測(cè)點(diǎn)是不是在可見(jiàn)緯度區(qū)域內(nèi)，然后就是觀測(cè)點(diǎn)的北邊不能有任何遮擋物。因?yàn)榱璩康膸状芜^(guò)境都是在北方低空出現(xiàn)，如果有遮擋就有可能看不到（在北緯40度附近的尤為重要）。并且盡可能找光污染輕的地方，因?yàn)閲?guó)際空間站雖然體積很大，但是在低空的條件下亮度也不是很明顯。不過(guò)根據(jù)這幾年的觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)，在天氣良好的情況下，在北京市區(qū)內(nèi)這種光污染極其嚴(yán)重的地方，還是有可能完成國(guó)際空間站馬拉松的。我們就曾在北京大學(xué)理教二號(hào)樓頂天文臺(tái)完成了一夜五次的國(guó)際空間站馬拉松。因?yàn)楝F(xiàn)在國(guó)際空間站已經(jīng)完全建成，即便是在10度的低空，目視亮度也能到0等左右，觀測(cè)難度不是很大。

國(guó)內(nèi)觀測(cè)國(guó)際空間站馬拉松的最佳緯度

一般情況下我們定義一晚觀看五次國(guó)際空間站作為完成馬拉松的標(biāo)準(zhǔn)，這樣北緯41度~44度是最佳的觀測(cè)地點(diǎn)。因?yàn)樵谶@個(gè)區(qū)域內(nèi)凌晨出現(xiàn)的國(guó)際空間站高度會(huì)比較高，相對(duì)來(lái)說(shuō)觀測(cè)容易一些。但是如果想一晚上看到六次，那只能到北緯40~38度這個(gè)范圍內(nèi)去觀看，因?yàn)橹挥性谶@個(gè)區(qū)域夜晚的時(shí)間才足夠長(zhǎng)。但是通常情況下，一晚上出現(xiàn)六次的機(jī)會(huì)很少，通常每個(gè)夏季同一地點(diǎn)只有一個(gè)夜晚是這樣的，所以想完成一晚上六次是一件極其困難的事情。但是如果你有方便的交通工具，也可以每晚都跑到發(fā)生六次過(guò)境的位置去守候，這樣完成六次的概率就會(huì)大大增加。

觀看國(guó)際空間站馬拉松注意事項(xiàng)

首先你要確定你的觀測(cè)地點(diǎn)的經(jīng)緯度，這樣你才能獲得精確的國(guó)際空間站預(yù)報(bào)，現(xiàn)在有電子地圖的時(shí)代這個(gè)確定起來(lái)不難。不過(guò)由于凌晨的過(guò)境有時(shí)高度會(huì)低于10度，所以推薦用calsky網(wǎng)站或者SatSpy軟件來(lái)計(jì)算過(guò)境。因?yàn)镠eavens-Above網(wǎng)站不預(yù)報(bào)地平高度10度以下的過(guò)境，所以可能會(huì)漏掉一些過(guò)境的預(yù)報(bào)，因此不推薦使用。再加上國(guó)際空間站經(jīng)常變軌，所以觀測(cè)前一定要再看一下新的預(yù)報(bào)，以免因?yàn)榕R時(shí)變軌而導(dǎo)致觀測(cè)失敗，這一點(diǎn)非常重要。另外，由于國(guó)際空間站轉(zhuǎn)一圈要92分鐘，所以在每次過(guò)境中有將近一個(gè)小時(shí)的空檔。這段空閑的時(shí)間可以用來(lái)安排其他的觀測(cè)，或者跟其他愛(ài)好者一起交流，這樣時(shí)間就不會(huì)太難熬。不過(guò)最好定好鬧鈴，以免耽誤下一次的過(guò)境。

國(guó)際空間站馬拉松期間可能出現(xiàn)的奇特現(xiàn)象

1 國(guó)際空間站掠進(jìn)地球陰影

國(guó)際空間站馬拉松期間國(guó)際空間站是不進(jìn)地球陰影的，所以這時(shí)候不管在何時(shí)都是被太陽(yáng)照射的，因此我們?cè)诹璩恳部梢钥吹剿?。但是在?guó)際空間站開(kāi)始前幾天或者結(jié)束后幾天，國(guó)際空間站會(huì)以極小的角度進(jìn)入地球陰影。這時(shí)進(jìn)地球陰影的時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，而且不完全。在進(jìn)地球陰影后，還能用望遠(yuǎn)鏡看到很久。這種情況在平時(shí)很難看到，大家如果有空也可以關(guān)注下。

2 在同一次過(guò)境時(shí)看到國(guó)際空間站進(jìn)出地影

在國(guó)際空間站馬拉松剛開(kāi)始或者結(jié)束的情況下，國(guó)際空間站可能會(huì)剛好切入地球陰影一點(diǎn)。這種情況下，如果位置合適，我們可能在一次過(guò)境中看到國(guó)際空間站進(jìn)入地影又出來(lái)。這種情況大概只發(fā)生兩三圈左右，因此極為罕見(jiàn)。2012年國(guó)際空間站馬拉松結(jié)束的時(shí)候，北京地區(qū)就能看到這種現(xiàn)象，可惜由于是在市區(qū)內(nèi)看的，南部光害太嚴(yán)重沒(méi)有看到國(guó)際空間站出地影。但是通過(guò)軟件模擬這種情況是確實(shí)存在的。因此如果今年條件足夠巧，大家也可以關(guān)注一下這種神奇的現(xiàn)象。各種人衛(wèi)預(yù)報(bào)網(wǎng)站對(duì)這種特殊現(xiàn)象不預(yù)報(bào)，因此只能用SatSpy或者Orbitron軟件來(lái)計(jì)算。

在國(guó)際空間站馬拉松開(kāi)始前和結(jié)束后，國(guó)際空間站軌道只有一小段進(jìn)入地球陰影，進(jìn)出地影可在同一地區(qū)看到。

＊文章中的國(guó)際空間站軌道示意圖，均截自SatSpy 4.0軟件。

結(jié)束語(yǔ)

到此國(guó)際空間站馬拉松就大致介紹完了，可能這時(shí)會(huì)有人想，我們國(guó)家的天宮一號(hào)是不是也會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？可惜答案是不會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)樘鞂m一號(hào)的軌道傾角是42.8度，跟夏至晨昏線的傾角66.5度相差過(guò)大，因此在運(yùn)行中不會(huì)出現(xiàn)軌道不進(jìn)地影的情況，自然不會(huì)出現(xiàn)天宮一號(hào)馬拉松這種現(xiàn)象。不過(guò)人造衛(wèi)星造成的各種神奇現(xiàn)象很多，也沒(méi)準(zhǔn)會(huì)有其他神奇的現(xiàn)象出現(xiàn)，這就需要大家在平時(shí)多留意觀察。

在這篇文章寫(xiě)完后我看了一下國(guó)際空間站的軌道，發(fā)現(xiàn)今年國(guó)際空間站馬拉松的時(shí)間段是6月2日到6月7日。因此可能有些同好在收到這期雜志的時(shí)候已經(jīng)錯(cuò)過(guò)了這段時(shí)間。不過(guò)大家不要?dú)怵H，因?yàn)閲?guó)際空間站的軌道多變，沒(méi)準(zhǔn)會(huì)推后幾天發(fā)生或者7月底再發(fā)生一次。而且人造衛(wèi)星的神奇現(xiàn)象還有很多，之后我會(huì)陸續(xù)跟大家介紹其他有意思的現(xiàn)象。

（責(zé)任編輯 蘇晨）