人造天象——国际空间站凌掩天体的查询与拍摄（上）

□ 刘长君

人造天象
——国际空间站凌掩天体的查询与拍摄（上）

□ 刘长君

图1 笔者拍摄的国际空间站凌日

引言

随着我国载人航天工程和探月工程的稳步推进，大众对天文和航天的关注度逐渐提升，越来越多的天文爱好者开始观测与拍摄人造天体过境。在本刊2007年第三期“人造天体观测入门”专题中，详细介绍了人造天体观测的基本知识，笔者也正是从那时开始了观测和拍摄国际空间站过境、铱星闪光和天宫一号过境等人造天象，在这些拍摄经历中，令我最难忘的便是拍摄国际空间站凌日。

观测特点

国际空间站凌掩天体有着与观测其他天象不同的特点，由于相对同一地理位置而言，凌掩发生的机率小，受天气因素影响的概率大，拍摄技巧需要详细计算，因此，国际空间站凌掩天体几乎是人造天体观测与拍摄难度金字塔的最顶端。

1 观测优势强于其他天象

国际空间站凌掩天体一般指凌日、凌月和掩星，凌日发生在白天，对于观测者而言，可以对天气和拍摄环境有更直观的把握，凌月和掩星通常发生在夜晚，但国际空间站很亮，这对于饱受城市光污染与雾霾影响的天文观测活动来说是一个福音，让学校社团、科技馆和天文馆等科普组织和单位方便组织同学和公众进行观测。

2 拍摄设备相对简单

随着近年来公众生活水平的提高，越来越多的爱好者购入了天文望远镜和赤道仪等设备，开始尝试天文主题摄影，跟深空天体摄影相比，其拍摄设备更加简单。国际空间站凌掩天体的拍摄通常只需要一架天文望远镜和后端拍摄设备，甚至连赤道仪也不需要。后端拍摄设备最常见的便是数码单反相机和天文摄像头了，如何搭配天文望远镜与后端拍摄设备是需要精心计算的。当然了，减光措施也是必不可少的，通常选用巴德膜滤光片。

3 观测意义明显

和其他人造天体的观测与拍摄一样，国际空间站凌掩天体有着重要的意义。通过观测与拍摄国际空间站凌掩天体，我们可以对比出国际空间站的实际运行轨道与理论预报位置是否一致，国际空间站的亮度与光变是否满足预报的参数，这些信息是可以应用于研究国际空间站在轨运行状态的重要科学依据。

查询方法

图2 国际空间站凌月（图片来源于网络）

人造天体过境预报的查询通常使用两个网站，一个是www.heavensabove.com，另一个是www.calsky.com。近期heavens-above. com增加了中文服务，更便于国内天文爱好者查询人造天体的过境信息，有兴趣的同好可以详细地研究一下。国际空间站的凌掩天体的精确预报信息目前只能在calsky.com上查询，calsky.com是一个十分强大的免费天文网站，几乎包含了所有常用的天文信息，包括了日历、天气预报、太阳、月亮、行星、彗星、深空天体、人造天体等方面，英语好的同好应该深入研究一下这个网站。这里笔者只介绍有关国际空间站凌掩天体的查询方法，具体步骤如下：

第1步：添加观测地位置信息

打开calsky.com，在首页右侧是关于注册和选择地理位置的链接，想深入研究的同好可以注册该网站，这里笔者只介绍简单的查询信息，如图3，点击select a different site here，进入观测地信息输入页面。在1 Your Geographical Position页面中，如果知道观测地详细的地理坐标信息，可以直接填入坐标数值，不清楚的话也可以在下面的Google地图上点击出具体的地理位置，再单击click here确定观测位置，如图4。

图3 添加观测地位置信息

图4

在2 Your Time 栏中选择UTC+8 Beijing , Singapore , Western Australia的东八区，如图5。

图5

如图7，4 More Settings和 5 Free Login And Registry可以方便大家注册，仅单次查询国际空间站凌掩天体信息可以不输入。

图7

以上设定完成后，不要忘记点击页面最下面的go，以保存设定，如图8。

图8

在3 Your Astronomical Experience栏中选择Astronomer的天文学家级别，需要注意的是查询国际空间站凌掩天体预报信息必须选择这一级别，如图6。

图6

第2步：进入国际空间站凌掩天体预报页面

点击最上面的calsky.com图标回到网站首页，国际空间站凌掩天体一直都是很热的天文主题，如图9，我们可以在首页上找到cross the Moon, Sun, or encounters/occults planets or stars，并点击进入国际空间站凌掩天体的预报页面（系统默认被观测天体为国际空间站）。

图9 进入国际空间站凌掩天体预报页面

第3步：输入限制信息并查询预报

在页面左上角是预报起始时间和预报时效的时间输入栏，起始时间一般直接选用查询预报当时的时间，即点击Now，在预报时效栏中通常选择1 Week，即一周时间。由于国际空间站经常变轨，只有在短时间内经常查询才能保证预报的准确性。如图10，选择完成后，单击go！完成设定。

图10 输入限制信息并查询预报

预报设定分为两栏，第一栏主要是填写有关国际空间站过境时的高度角限制等信息，这一栏的信息我们通常设定为默认参数，如图11。

图11 输入限制信息并查询预报

第二栏上部分限制的是凌掩天体时凌掩中心线距离所在的观测地的弧度角或者距离，笔者通常按照自己的最大活动范围（Maximum distance to center line）设置为50km，如果你有时间并且可以自驾，那最好选择250km。如图12，下半部分的四个选项可辅助我们增加限制条件，以便剔除无法满足观测与拍摄条件的凌掩现象。

（1）Only transits:

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

只预报凌日、凌月、掩行星和掩亮恒星的信息，不包括接近上述天体。

（2）Only Sun/Moon events:

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

只预报凌日和凌月信息，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

国际空间站必须被太阳照亮，只预报国际空间站被照亮时凌掩或者接近天体的信息。

（4）Hide 'double' solar transits

(events/geographic places with passing of the satellite in front of the Sun on consecutively passes)不预报国际空间站在短时间内的“双凌日”。由于国际空间站绕地球一周耗时约一个半小时，当某次凌日过后，国际空间站又绕地球一周，在距离上次观测地很近的位置会再一次发生凌日现象。

图12 输入限制信息并查询预报

当限制信息填好后，不要忘记点击右侧的go！开始计算。

第4步：预报信息的解读

勾选不同的限制条件会计算出多种不同的结果。（1）常规过境预报

图13 常规过境预报

如图13，这种预报的结果类似于heavens-above.com的国际空间站预报信息。2014年3月14日预报信息表示的含义如下：

Appears 5h29m50s-1.7mag az:243.3° WSW h:8.2°出现时刻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）时刻 5∶33∶25亮度-3.9等 方位角Culmina■ on 5h33m25s-3.9mag az:324.3° NW h:56.5°通过过境圆弧中点为324.3° 西北方向 地平高度角为56.5° angular velocity: 0.88°/s距离观测地495.5km distance: 495.9km height above Earth:419.1km eleva■ on of Sun:-7°距地表高度419.1km太阳的地平高度角-7°运动速度为0.88°/s

通过过境圆弧中点（即最大高度）时刻5:33:25，亮度-3.9等，方位角为324.3°，西北方向，地平高度角为56.5°，距离观测地495.5km，距地表高度419.1km，太阳的地平高度角-7°，运动速度为0.88°/s

at Meridian 5h33m52s-3.4mag az:0.0° N h:50.7°国际空间站通过子午圈（即处于正南或者正北方向）时刻 5∶33∶52亮度-3.4等 方位角为0.0° 正北方向 地平高度角50.7° Disappears 5h38m51s1.5mag az:49.0° NE Horizon国际空间站消失于地平线 5∶38∶51亮度为1.5等 方位角为49.0°东北方向 地平线

点击Ground track可以查看国际空间站过境中心线在地面上的位置。

点击star chart可以查看国际空间站过境时在天空中相对背景星空的位置。

由以上信息可以得知，这是一次观测条件很理想的过境。

（2）凌日凌月预报

图14 凌日凌月预报

如图14，勾选Only Sun/Moon events，即可以预报出凌日凌月信息，为了提高凌日凌月机率，笔者通常不勾选Only transits选项，而由自己来判断是否符合自己的观测条件，选完不要忘记点击go！。

图15

通常在所选择的观测地理位置很少有处于凌日凌月中心线上的机会，一旦显示Crosses the disk of Moon，如图15，那么恭喜你，可以不需要长途跋涉便可以观测和拍摄国际空间站凌掩天体。

图16

但大多数时候，预报信息会显示Close to Moon/Sun，指的是凌日凌月中心线没有穿过以观测地为圆心50km为半径的圆，所以我们只有带上器材，赶赴凌日凌月中心线的地方进行观测与拍摄。如图16，右边为部分重要预报的解读：

粗体字Distance=52.25km，指的是观测地距离凌日凌月中心线的最小距离，我们可以根据自己的移动范围来判断这次凌日凌月是否可以观测，这个时候可以自驾便成为了观测优势。Azimuth=32.3°，水平高度角为32.3°；NNE，方向为东-东北；ground speed=8.032km/s，国际空间站阴影在地面的移动速度为8.032km/s；width=7.1km，凌月带宽度为7.1km；max. duration=1.1s，最大凌月时长1.1s。

被凌天体的位置通常我们可以不查看高度或位置信息，因为在天气晴朗的时候，太阳或者月亮通常抬头便是，我们只需将望远镜移动到太阳和月亮便可以进行拍摄。

如图17，点击Centerline，我们可以查看凌日凌月中心线在Google地图上显示的具体位置，以利于我们方便的选择最佳的观测位置。也可以点击Google Earth GE kml-Download下载中心线的kml文件，然后在Google Earth中打开查看。观测地通常笔者都选择距离自己比较接近，容易抵达并容易在地面辨认的开阔场地，如高速公路边、河边或者广场。点击距离观测地最近的一个红色方格，会显示出详细的过境信息。

图17

图18 国际空间站凌月（图片来源于网络）

（3）掩星预报

如果我们不勾选Only Sun/Moon events，只勾选Satellite must be illuminated，通常我们可以查看掩星预报信息，如图19。

图19 掩星预报

如图20，预报信息中显示的Close to Jupiter，即表示国际空间站将会掩木星，其他含义同凌日凌月预报信息是相同的，这里笔者不再赘述。

图20 掩星预报

有的时候并不是所有的凌日凌月预报信息都是可以观测的，如白天的国际空间站凌月，观测起来难度很大，发生在白天的国际空间站掩星通常是不能观测的，我们必须对预报信息作出判断与甄别，像上图发生在13h51m09.71s的国际空间站掩木星，由于白天天空太亮，便是不可能观测到的。

此外，由于国际空间站经常变轨，我们需要经常进行查询，平日里即要对国际空间站的运行位置有所了解与跟踪。在https://maps.google.com/maps?f=q&hl=en&q=http://www.calsky.com/pub solartransitiss.kmz中，我们可以查看国际空间站未来2天内的凌日轨迹，在https://maps.google.com maps?f=q&hl=en&q=http://www.calsky.com/pub/lunartransitiss.kmz中，可以查看国际空间站未来2天内的凌月轨迹。查询预报是一件枯燥但充满期望的事情，经常查询才能不漏过每一次国际空间站凌掩天体的预报。

下期将介绍国际空间站凌掩的拍摄方法。

（责任编辑 苏晨）