庆祝《茜色少女》完结
如何观测人造卫星
如果你出去仔细研究黄昏或黎明前后的天空，并且天空较暗，可能等待不超过15分钟，就能看到在地球轨道上3万5千多颗卫星中的一颗。
大多数的“卫星”实际上只是“空间垃圾”，从9米长到垒球一般的大小。 位于加利福尼亚州范登堡空军基地的联合太空行动中心总部（JSpOC）始终关注着轨道上的所有碎片。
事实上大多数卫星 - 特别是碎片 – 都太昏暗了，肉眼看不见。 但经计算，有几百个卫星可以肉眼观测。 这些足够大（通常超过6米长）和足够低（距离地球160到640千米）的卫星经阳光反射后是最容易看到的。
最大的卫星
国际空间站（ISS）是迄今为止所有围绕地球运动的人造物体中最大最亮的。
该空间站轨道建设始于1998年，于2011年完成，运行持续至2015年左右。已完成的国际空间站是前苏联空间站的四倍以上，质量约520吨（104万磅），有108米宽（356英尺），63米（290英尺）长，4千多平米的太阳能电池板为六个最先进的实验室提供电力。
目前空间站绕地轨道平均高度为348千米（216英里），时速27,700千米（17,200英里），每日完成15.7次轨道环绕，像高空喷气客机一样快，有时需要四到五分钟的时间穿过天空。 由于空间站的高反射性太阳能电池板的尺寸和配置，它目前是绕地轨道上最明亮的人造物体。
在合适的观测过程中，空间站能像金星那样明亮，视星等为-4.5，比天空中最亮的恒星天狼星亮16倍。 有些地点估测空间站的亮度会达到-5等或-6等（在天文学范畴中数字越小代表物体越亮）。
还有一个奖励是，阳光直接在太阳能电池板上反射闪烁，有时会使国际空间站好像在短暂地“闪耀”，视星等-8级，比金星亮16倍多！
其他的观测目标
和国际空间站一起的，还有我国的天宫一号太空实验室，近年来接待过神舟飞船上的航天员。 哈勃太空望远镜也是肉眼可见的。
俄罗斯的联盟号和进步号飞船，以及SPACEX的飞龙号和轨道ATK公司（阿连特技术系统公司）的天鹅座飞船比美国宇航局的太空飞船小得多（直到2011年才退休）。 但是在最佳观察条件下，它们也有着潜在的可见性。
2012年1月4日傍晚，跨越休斯敦地区的国际空间站的多幅图像被合并成了一张复合图像，以显示空间站越过月球的进度。
Credit: NASA
观测机会
在北方的夏天，当夜晚最短时，低地球轨道（如国际空间站）中的卫星被太阳照亮的时间可以延续到整个夜晚，这种情况在一年其它时间里是永远无法达到的。 因为ISS平均每90分钟就会绕地球一圈，这意味着不仅能看到一次过境，而是可以连续过境几次。
此外，由于ISS绕地旋转的轨道与赤道成51.6度的倾角，所以有两种类型的过境是可见的。
第一种情况（我们称之为“I型”），ISS最初出现在西南部的天空，然后向东北方向扫过。
大概七八个小时之后，可以看到第二种过境（我们称之为“类型II”），但是这次ISS最初出现在西北部的天空，并朝向东南方扫过。
I型过境首先在日出前的早晨可见。 7月初，I型过境将在傍晚时段日落之后可见，而II型过境将在清晨发生。 到七月下旬，二型过境将在傍晚时段可见。
观测的时间和位置
有一些情况的过境要优于其他情况。 如果国际空间站预测轨迹没有高出地平线20度，可能没有视星等2或3那么亮（10度大致相当于伸直手臂后拳头的宽度）。 此外像这样的低过境，国际空间站可能只会出现一两分钟。 相反，天空中更高的过境，尤其是45度以上的过境会持续更长时间，而且会更明亮。
观看最好的情况是在日落后45至60分钟或日出之前45至60分钟，那时ISS的过境弧线在高角度的天空上。 在这种情况下，空间站在天空中上升到四五分钟后，将会变得非常明亮，并且几乎不会遇到地球阴影。
虽然国际空间站裸眼看起来像一颗移动的恒星，实际上熟练使用望远镜的话在它呼啸穿过视野时就能够侦测到它的T形。 实际上有的人已经能够通过沿着预定的路径移动望远镜来跟踪ISS。 能看清空间站的人把它的外形描绘成辉煌的白色，而太阳能电池板呈现出铜红色。
对于夜间过境，国际空间站通常一开始相当昏暗，然后在空中移动时会逐渐增加亮度。 相比之下，对于早上的过境，国际空间站首次出现时已经相当明亮，并且在预计的过境结束之前逐渐消逝，这是由于阳光照射空间站的角度的变化。
最后请记住，在某些情况下，国际空间站会滑入地球的阴影（在晚间过境）中快速消失，或者当它们滑出地球的阴影（早晨过境）时，会突然出现。这种情况在日落90分钟后或日出90分钟前的过境中会更多。
以下为感兴趣的同学准备了下周21日22日23日的卫星过境的星图和时间及方位，想了解更多卫星过境信息的话欢迎来戳下面的网址链接。
https://www.heavens-above.com/main.aspx
如何肉眼识别夜空中的人造卫星？
作者：王铮（中国科学院国家空间科学中心）
星光闪耀的夜空
虽然城市的污染使得夜晚星空越发暗淡，但晴朗的夜晚，或者索性前往乡村、田野、高山，我们还是能欣赏到“数不清”的星星。不过，不知你有没有想过，人眼能看到的都是些什么星？常听天文爱好者们说晚上可以看到人造卫星，那么，夜空中，哪些是“天然”的星星，哪些又是人造卫星呢？
“夜空中最亮的星”？
天上的星星虽然数不清，但实际上，即使是视力极好的人，他能看到的也只有数千颗。
相信一定有人听过“星等”这个词，它就是用来描述星星亮度的，星等数越小，说明星星越亮。古代用的是可视星等，1等星的亮度是6等星的100倍（更亮的为 0等以至负的星等），而我们肉眼能够看到的最暗的星便是6 等星（6m 星）。
从星等来说，在黑暗的地方看星空，理论上人肉眼可以看到大约6000多颗星星（而且它们无法同时被看见，你懂的），也就是说，天空中亮度在6等以上（即星等数小于等于6）的星有6000多颗。而在街灯明亮的城市中，人眼能看到的星星只有100颗左右。
人肉眼能看到的这6000多颗星星中，99.7%都是恒星，其余的天然天体还有部分行星、小行星、卫星等。
人类肉眼能看到的行星主要是金星、木星、水星、火星、土星，所以它们也是较早被命名的行星，天王星勉强也在肉眼可看的范围内，但亮度较差。
除了常说的大行星，小行星当中的灶神星在其冲日（天体运行到与太阳、地球形成一条直线的状态）时也是肉眼可见的，最亮可达5.2等，平均亮度6.5等。
而围绕行星的卫星则更难用肉眼看见，不过这其中不包括我们地球的那颗大大的卫星——月亮。其余的卫星，木卫三等木星的大卫星虽然亮度在肉眼可见范围内，但被木星光芒遮挡，实际基本不可见。
我们看到的另一种“星”
除了恒星、行星和月亮之外，夜空中还有更多的东西。
比如偶尔有流星飞过，人们会记起要向它许愿。说到流星，其实中高层大气科学研究中就会用到流星的观测，很多观测台都有叫做“流星雷达”的仪器。
另外，如果你仔细看星空的话，或许还经常能看到飞机灯光比较有规律地在夜空中闪烁，这是古代人看星空看不到的。
除了这些，夜空中还有一些东西，也是科学技术进步所带来的，它们就是那些看起来像恒星、但会移动的白色光点，这就是我们这里要说的人造卫星。
一颗明亮的人造卫星
需要指出的是，人造卫星其实是不会发光的。
和行星与月亮一样，人造卫星的发亮来自其反射的太阳光，它的金属外壳和太阳能电池板都是很好的反射面。
由于太阳落得越低，地球的阴影就会越高，因此搜寻人造卫星的最佳时机是春季和夏季夜幕降临后的第一个小时（秋季和冬季，由于地球的阴影在天空中的位置较高，人造卫星的可见性会下降）。不过，像月食一样，进入地球阴影的人造卫星会因为阳光被遮挡而“消失”，人造卫星又小离地球又近，所以很容易“消失”。
那么要如何看到这容易“消失”的人造卫星呢？
观测人造卫星，首先要把卫星的亮与飞机的灯光区分开。
大部分飞机的白色灯光会很有规律的闪烁，而且往往有绿色或红色的机翼灯光，如果借助望远镜，还能比较清楚地识别出飞机，甚至能看出飞机引擎排出的气体。此外，我们的肉眼甚至有可能看见航天飞机或者火箭反射的光，但这是相对更加少见的。
更多的时候，我们看到的快速穿行于星座之间的亮点就是人造卫星，肉眼容易看见的卫星通常有一辆货车那么大，在300~500千米的高度以28000千米/时的速度运动，在两三分钟内就能穿越天空。
这些人造卫星由于快速飞行而改变与我们之间的相对位置，其反射面存在角度变化，亮度可能会在几秒钟内猛增。
例如铱星卫星，论个头，这种人造卫星并非庞然大物，仅和小汽车大小相当，但它最大的特点在于，其始终将三面金属抛光的、门板一样的大天线对准地面，其反射率非常得高，在阳光经过它们反射到地面的时候，我们能看到极为明亮的闪光，在几秒钟之内，它的亮度就会达到-7等甚至-8等的峰值，这样的亮度几乎可以和月亮媲美。
铱星卫星，三面金属抛光的、门板一样的大天线对准地面
但是，铱星的反光面非常集中，几秒种后，就会迅速变暗，所以，从看到铱星到消失的过程，可能不过十几秒，如流星一般转瞬即逝。
此外，亮度仅次于铱星的卫星，可能要算得上欧空局的极地轨道卫星Metop-A和Metop-B，这两颗卫星的反光来自于它们长长的太阳能电池板，在最亮的时候，它的视星等可以达到-5，这样的亮度可以力压金星，成为夜空中的焦点；紧接着的就是意大利航天局的COSMO-SkyMed卫星，它的最高视星等可以达到-4；再其次就是相对巨大的人造天体——国际空间站，它本身以及众多的太阳能电池板可以反光，最高视星等可以达到-2.6。
我们可以从很多网站查询人造天体的运行，从而得知自己所在地的铱星及其他人造卫星和国际空间站的可见时间和星等。
大多数情况下，人造天体的视星等都不会高于+2等，并且距离较近的人造天体移动速度都非常快，其反射的光能被我们观察到的时间，普遍都非常的短，即便是国际空间站这样的庞然大物，往往也只能被我们持续观测到几分钟而已。
延时拍摄的国际空间站的亮光
前面已经提过，如果在远离城市灯光的地方观测卫星，入夜后第一个小时最为关键，在这一个小时中，一个细心的观测者应该可以看见至少10颗人造卫星，随后数量会减少，在半夜降到最低水平。
说到在夜空中看到的人造卫星，必须提到我们中国人的骄傲——东方红一号卫星，它是我国第一颗成功发射的人造地球卫星。
中国科学院国家空间科学中心一楼大厅展示的东方红一号卫星的模型
东方红一号的外形为近似球体的72面体。尽管72面体的外形设计能使卫星在旋转时闪闪发光，但由于卫星直径只有1米，经过测算，东方红一号卫星本身亮度只相当于天空亮度极低的六等星，这意味着，地球上的人用肉眼是不可能直接看清卫星的。但看见卫星，是设计方案在最开始就提出的要求。那么，最终我们靠什么办法让它被看见呢？
当时，东方红一号卫星本身已经基本上设计好了，没有多留地方，于是，专家们想出了“借箭显星”的妙招。运载东方红一号的长征一号火箭的第三级会跟卫星一起入轨，如果能找到火箭，就能找到东方红一号了。
科学家们在三级火箭上增加了一个又大又亮的气球，正面涂抹一种叫做聚酰亚胺的材料，这种材料当时很贵，在60年代一平方米的价钱是100块钱，而当时的黄金价格也只有一克九十几块钱。此外，制造这个比黄金还要贵重的气球也不容易。
这个气球表面镀有铝，并经过抛光，在上天之前可以折叠起来，当火箭和卫星分离后才进行充气，撑开的直径可达4米。阳光照射下，亮度接近可观察的+2等星。
虽然早已停止工作，但时至今日，东方红一号还在太空中飞行，不过，由于火箭和气球已经不在了，东方红一号已经无法用肉眼识别。
卫星也会“一闪一闪亮晶晶”？
人们都说，天上的星星会闪烁，“一闪一闪亮晶晶”。那么，人造卫星会闪烁吗？
其实人造卫星一般不会怎么闪烁。
星星之所以闪耀，其实是它们发射或反射的光在到达我们眼中之前，还要穿越地球的大气层，而大气层中的空气并非是稳定不动的，各种气流的波动，都导致了光线在通过空气这种不均匀的介质时，折射路径发生了晃动，也就是我们所感受到的“眨眼睛”。
你是不是也曾听说过，区分肉眼看到的恒星和行星的重要一点，就是看它是不是会闪烁。这其中的道理就在于，相对于距离我们非常非常遥远的恒星来说，我们肉眼可以看到的金星、木星、水星、火星、土星这几大行星距离我们要近得多，虽然看上去都是一个一个小亮点，但它们在我们肉眼中的面积其实比恒星要大很多，所以，它们反射的太阳光虽然也会受到空气波动的干扰产生晃动，但却不易被我们的眼睛察觉。
而人造卫星距离我们就更近了，它们反射的光线受到的晃动，就更不易被我们的眼睛察觉，也就基本不存在闪烁。所以，如果你看到卫星有规律地闪烁，只能说明整颗卫星正在翻滚。
工作中的卫星总是处于稳定状态，因此，如果闪烁很明显，你就可以确定你看到的是一颗已经停止工作的人造卫星。
最后还要多说一句的是，无论人造卫星的亮度是稳定的还是变化的，我们去看的时候，一些人总以为自己看到它们沿着弧形的轨道滑过夜空，或者觉得它们在飞过我们头顶的时候由慢而快。事实上，这些变化都发生在我们的脑海里而不是天上。我们急切地观察缓慢变化的天空，又不断想象它们的运动，就可能产生光学错觉。延时拍摄表明，人造卫星在夜空中基本是在匀速直线运动的。
一闪一闪亮晶晶，可能真的是满天的“小眼睛”哦！
国家空间科学中心
ID：nssc1958
（本文首发于科学大院，中科院国家空间科学中心供稿，转载请注明出处并保留下方二维码）
为什么需要造卫星
人造地球卫星指在环绕地球的轨道运行一圈以上的无人航天器，简称人造卫星。人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。俗话说，“站得高、看得远”，这句话可以十分简要地概括人造卫星的优势。
首先，人造卫星在轨道上飞行，对地球来说，它站得高、视场大，是名副其实的“千里眼”和“顺风耳”，用它来进行观察是非常有利的。根据观测对象和用途的不同，人造卫星可分成几大类：气象卫星、资源卫星、海洋卫星、侦察卫星等属于遥感卫星，空间探测卫星和天文卫星等属于科学实验卫星，还有通信卫星、技术试验卫星等。由于在地球大气层以外，天文卫星不受大气的各种干扰和影响，用它来观测遥远天体，要远比地面上看到的清晰。气象卫星和人们的生活休戚相关，主要用于观察大气、云团的分布和运动规律，并进行天气预报。地球表面70%的面积是海洋，通过海洋卫星观察海洋中的岛屿、鱼群、污染、潮汐等信息，也有很大的用途。资源卫星主要用于观察陆地上的森林、沙漠、农田、村庄、城市、河流等信息，也可用于资源普查、城市规划、防灾减灾等。譬如，在四川汶川大地震中，中国国家领导人就利用遥感卫星的观测来评估灾情。军事侦察卫星则主要用于观测战场或敌情、侦察对方军事目标等。
其次，卫星还可以用于通信。与平常的地面通信相比，利用卫星进行通信具有通信容量大、覆盖面积广、通信距离远、可靠性高、灵活性好和成本低等优点。通信卫星一般采用地球静止轨道，所以始终位于地球赤道上空的某一位置。目前，通信卫星已进入相当成熟的应用阶段，使用日益广泛，例如，传输电话、电报、电视、报纸、图文传真、语音广播、时标、数据、视频会议等。通信卫星也已用于国际、国内和军事等通信业务，同时开展了区域性通信和卫星对卫星的通信。卫星通信技术有很浓的军事色彩，它在战略通信和战术通信中占有绝对的优势。
如果把轨道上的人造卫星用作一个主动发射信号的平台，就像地面无线电导航台一样，就可以用来导航。导航卫星通常发出一对频率非常稳定的无线电波，海上的船只、水下的潜艇和陆地上的运动物体等都可以通过接收卫星发射的电波信号来确定自己的位置。利用导航卫星进行导航是导航史上的一次重大技术突破，卫星导航可以覆盖全球，进行全天时、全天候导航，而且导航精度高。
此外，人造卫星所处的太空环境是一个微重力、高辐射的特殊环境，与地球上的环境迥然不同。因此，可以利用这种差异进行生物育种、材料加工等科学实验，往往会收到奇效。
人造卫星还可用于战场监视、导弹预警、国家安全等任务。
自从1957年10月4日苏联发射第一颗人造卫星斯普特尼克1号，人类世界就切换到一个崭新的频道——这就是太空时代的卫星频道。
整整60年过去了，我们头顶上到底有多少颗人造卫星？
目前围绕在我们头顶上大约有500000颗人造飞行物。
这50万颗在轨飞行物——极少部分是在轨使用卫星，绝大部分属于退役卫星、人造飞行物碎片（太空垃圾JUNK）。
全球最强大的太空地图／分析软件http://esri.com推出一个3D版卫星搜索地图，可以在线观测15628颗人造飞行物，其中就包括大部分目前在轨运行的卫星，感兴趣的不妨点击：
截至2017年，约有1500颗在轨运行卫星（现役卫星），让我们看看，拥有卫星最多的国家／机构，排名前20位的依次是——
美国579颗
中国191颗
俄罗斯133颗
跨国公司66颗（如谷歌、沃尔玛、Facebook）
日本60颗
印度42颗
英国40颗
欧洲航天局37颗
加拿大32颗
德国24颗
卢森堡18颗
西班牙15颗
以色列11颗
阿根廷11颗
沙特11颗
巴西10颗
荷兰10颗
新加坡9颗
韩国9颗
法国9颗
卫星竞赛中，美国一直处于遥遥领先的地位。
美国拥有现役各种卫星593颗，其中商用297颗、军事用途150颗、政府使用136颗、民用10颗。
中国拥有192颗，仅仅是美国32%。其中政府使用93颗、军事用途58颗、商用21颗，民用20颗。
俄罗斯排在第三，拥有135颗，军事用途81颗、政府使用26颗、商用21颗，民用7颗。
从中我们不难看出，美中俄三国性格特征差异很大
SpaceX，去年底已向美国联邦通信委员会提交申请，2019年～2024年期间预计发射4425颗卫星，用于全球高速互联网传输。
你信吗？我不信
参考资料：
人造卫星，在不产生歧义的情况下亦称卫星，是由人类建造的航天器的一种，是数量最多的一种。人造卫星以太空飞行载具如运载火箭、航天飞机等发射到太空中，像天然卫星一样环绕地球或其它行星运行。通信卫星就是在地球轨道上，放置卫星，以作为地面微波与广播站间的通信媒介。虽然通信卫星的造价很高，但由于能传输大量的信息，而且免除架设的费用，因此对于长距离的传输仍是最普遍与最经济的方法；因为一个通信卫星所传播的地域相当的大，只要三个通信卫星就能涵盖地球上大部分的地域。
人造卫星一般由有效载荷（payload）和卫星平台两部分构成。有效载荷是指为了直接实现该卫星的应用目的或者科研任务各种仪器设备。卫星平台则是用于支持有效载荷正常工作的所有保障系统的总成。一般来说卫星平台的设计在一段时期内都是相对稳定的，在升级换代前只会做小幅改良。只要功能合适，某一种卫星平台可以根据需要搭载各种各样的有效载荷。例如嫦娥一号和二号卫星使用的都是东方红三号卫星平台，但它们各自搭载的有效载荷则是不一样的。卫星平台又分为多个子系统：
有效载荷（不同类型卫星均不同，共同的有：）
对地相机
恒星相机
搭载的有效载荷
卫星平台（为有效载荷的操作提供环境及技术条件，包括：）
服务系统
热控分系统
姿态和轨道控制分系统
程序控制分系统
遥测分系统
遥控分系统
跟踪和测试分系统
供配电分系统
返回分系统（限于返回式卫星）
卫星结构平台
人造卫星能够成功执行预定任务，单凭卫星本身是不行的，而需要完整的卫星工程系统，一般由以下系统组成：
发射场系统
运载火箭系统
卫星系统
测控系统
卫星应用系统
回收区系统（限于返回式卫星）
按轨道种类区分
地球静止轨道高轨道卫星，距离地表约36000公里高空，并且于赤道上绕行地球，又称同步轨道卫星
按轨道高度区分
高轨道卫星：运行于地球静止轨道（Geo: Geostationary Orbit）。高轨道卫星距离地表约36000公里高空，并且于赤道上绕行地球，又称同步轨道卫星或地球静止轨道卫星
中轨道卫星：运行于中地球轨道（MEO: Medium-Earth Orbit）
低轨道卫星（又称绕极卫星）：运行于低地球轨道（LEO: Low-Earth Orbit）
按卫星重量区分
大型卫星：大于1000kg（1吨）。
中型卫星：界于500到1000kg（半吨）。
小型卫星：不到500kg的都叫小型卫星，其中分类如下：
迷你型卫星：500到100kg
微卫星：小于100kg
奈米卫星：10kg或更低
方块卫星：按国际标准约1.3kg
米粒卫星：仅以公克为单位
依用途区分
气象卫星：古时候的人们对于多变的气候，最多只能凭着经验加以揣测。而气象卫星的出现，使得人们得以掌握数日内的气候变化。气象卫星从遥远的太空中观测地球，不但能观测大区域天气的变化，针对小区域的天气变化做观察也一样是他的例行任务。一般我们在看新闻的天气预报时，主播背后的那幅卫星云图就是气象卫星的观测结果。而台风的预报更是大家耳熟能详的。气象卫星除了对地球天气与气候的观察外，他还能对所谓的太空天气做监测工作。如太阳表面的风暴便属此类。此类的事件经常会造成地球上许多电器物件损毁。气象卫星还有其他功能。它能为诸如洪涝、森林大火等天然灾害提供监测情报，同时也能对诸如渔场资源、或土地资源提供一定的情报。如此可使各种天然资源开发与天灾救助达到事半功倍的效果。
地球观测卫星：这些卫星允许科学家聚集有价值的关于地球的生态系统的数据。
通信卫星：通信卫星是目前与生活关系最密切的人造卫星之一。如卫星电视的转播、卫星电话与卫星网络等与卫星通信有关的服务。
导航卫星：导航卫星一开始都是为了军事用途而设计的，而后由于民间的需求殷切，所以军方才将此技术解密释出。其中最著名、应用也最广的，便是原属于美国军方使用的全球卫星定位系统，其简称为GPS。全球卫星系统的使用，使得人类的交通更加安全、也更加有效率。尤其是对航行于茫茫大海中的船或广阔无际天空中的飞机，有了全球卫星定位系统，他们将不至于迷失方向，并且能将航道控制在最有效率的路线上。因此除了增加安全性外、更能进一步降低航运成本。同时不仅是海运与空运，其他如铁路运输均能借此提高运输效率。最近由于电子科技的发达，全球定位系统的接收仪器越做越小。目前已有一些先进的车厂将此套设备安装在个人车辆上。其功用不但能当地图使用，更能借由地面的服务站为车主导引至最近的路线、甚至是避开塞车的麻烦。直到今日，全球卫星定位系统大多与其他种类的卫星相辅相成，使得前述的各种卫星有更精确的定位能力，有大大的提高了资料的可用性。
按飞行方式分类
非返回式卫星（或称传输式卫星）
https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E4%BA%BA%E9%80%A0%E8%A1%9B%E6%98%9F
最后再次庆祝《茜色少女》完结撒花
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