出品：科學(xué)大院（ID：kexuedayuan）
作者：王錚（中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心）
監(jiān)制：中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心 中國科普博覽
星光閃耀的夜空
雖然城市的污染使得夜晚星空越發(fā)暗淡，但晴朗的夜晚，或者索性前往鄉(xiāng)村、田野、高山，我們還是能欣賞到“數(shù)不清”的星星。不過，不知你有沒有想過，人眼能看到的都是些什么星？常聽天文愛好者們說晚上可以看到人造衛(wèi)星，那么，夜空中，哪些是“天然”的星星，哪些又是人造衛(wèi)星呢？
“夜空中最亮的星”？
天上的星星雖然數(shù)不清，但實(shí)際上，即使是視力極好的人，他能看到的也只有數(shù)千顆。
相信一定有人聽過“星等”這個(gè)詞，它就是用來描述星星亮度的，星等數(shù)越小，說明星星越亮。古代用的是可視星等，1等星的亮度是6等星的100倍（更亮的為 0等以至負(fù)的星等），而我們?nèi)庋勰軌蚩吹降淖畎档男潜闶? 等星（6m 星）。
從星等來說，在黑暗的地方看星空，理論上人肉眼可以看到大約6000多顆星星（而且它們無法同時(shí)被看見，你懂的），也就是說，天空中亮度在6等以上（即星等數(shù)小于等于6）的星有6000多顆。而在街燈明亮的城市中，人眼能看到的星星只有100顆左右。
人肉眼能看到的這6000多顆星星中，99.7%都是恒星，其余的天然天體還有部分行星、小行星、衛(wèi)星等。
人類肉眼能看到的行星主要是金星、木星、水星、火星、土星，所以它們也是較早被命名的行星，天王星勉強(qiáng)也在肉眼可看的范圍內(nèi)，但亮度較差。
除了常說的大行星，小行星當(dāng)中的灶神星在其沖日（天體運(yùn)行到與太陽、地球形成一條直線的狀態(tài)）時(shí)也是肉眼可見的，最亮可達(dá)5.2等，平均亮度6.5等。
而圍繞行星的衛(wèi)星則更難用肉眼看見，不過這其中不包括我們地球的那顆大大的衛(wèi)星——月亮。其余的衛(wèi)星，木衛(wèi)三等木星的大衛(wèi)星雖然亮度在肉眼可見范圍內(nèi)，但被木星光芒遮擋，實(shí)際基本不可見。
我們看到的另一種“星”
除了恒星、行星和月亮之外，夜空中還有更多的東西。
比如偶爾有流星飛過，人們會記起要向它許愿。說到流星，其實(shí)中高層大氣科學(xué)研究中就會用到流星的觀測，很多觀測臺都有叫做“流星雷達(dá)”的儀器。
另外，如果你仔細(xì)看星空的話，或許還經(jīng)常能看到飛機(jī)燈光比較有規(guī)律地在夜空中閃爍，這是古代人看星空看不到的。
除了這些，夜空中還有一些東西，也是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步所帶來的，它們就是那些看起來像恒星、但會移動的白色光點(diǎn)，這就是我們這里要說的人造衛(wèi)星。
需要指出的是，人造衛(wèi)星其實(shí)是不會發(fā)光的。
和行星與月亮一樣，人造衛(wèi)星的發(fā)亮來自其反射的太陽光，它的金屬外殼和太陽能電池板都是很好的反射面。
由于太陽落得越低，地球的陰影就會越高，因此搜尋人造衛(wèi)星的最佳時(shí)機(jī)是春季和夏季夜幕降臨后的第一個(gè)小時(shí)（秋季和冬季，由于地球的陰影在天空中的位置較高，人造衛(wèi)星的可見性會下降）。不過，像月食一樣，進(jìn)入地球陰影的人造衛(wèi)星會因?yàn)殛柟獗徽趽醵跋А?，人造衛(wèi)星又小離地球又近，所以很容易“消失”。
那么要如何看到這容易“消失”的人造衛(wèi)星呢？
觀測人造衛(wèi)星，首先要把衛(wèi)星的亮與飛機(jī)的燈光區(qū)分開。
大部分飛機(jī)的白色燈光會很有規(guī)律的閃爍，而且往往有綠色或紅色的機(jī)翼燈光，如果借助望遠(yuǎn)鏡，還能比較清楚地識別出飛機(jī)，甚至能看出飛機(jī)引擎排出的氣體。此外，我們的肉眼甚至有可能看見航天飛機(jī)或者火箭反射的光，但這是相對更加少見的。
更多的時(shí)候，我們看到的快速穿行于星座之間的亮點(diǎn)就是人造衛(wèi)星，肉眼容易看見的衛(wèi)星通常有一輛貨車那么大，在300~500千米的高度以28000千米/時(shí)的速度運(yùn)動，在兩三分鐘內(nèi)就能穿越天空。
這些人造衛(wèi)星由于快速飛行而改變與我們之間的相對位置，其反射面存在角度變化，亮度可能會在幾秒鐘內(nèi)猛增。
例如銥星衛(wèi)星，論個(gè)頭，這種人造衛(wèi)星并非龐然大物，僅和小汽車大小相當(dāng)，但它最大的特點(diǎn)在于，其始終將三面金屬拋光的、門板一樣的大天線對準(zhǔn)地面，其反射率非常得高，在陽光經(jīng)過它們反射到地面的時(shí)候，我們能看到極為明亮的閃光，在幾秒鐘之內(nèi)，它的亮度就會達(dá)到-7等甚至-8等的峰值，這樣的亮度幾乎可以和月亮媲美。
銥星衛(wèi)星，三面金屬拋光的、門板一樣的大天線對準(zhǔn)地面
但是，銥星的反光面非常集中，幾秒種后，就會迅速變暗，所以，從看到銥星到消失的過程，可能不過十幾秒，如流星一般轉(zhuǎn)瞬即逝。
此外，亮度僅次于銥星的衛(wèi)星，可能要算得上歐空局的極地軌道衛(wèi)星Metop-A和Metop-B，這兩顆衛(wèi)星的反光來自于它們長長的太陽能電池板，在最亮的時(shí)候，它的視星等可以達(dá)到-5，這樣的亮度可以力壓金星，成為夜空中的焦點(diǎn)；緊接著的就是意大利航天局的COSMO-SkyMed衛(wèi)星，它的最高視星等可以達(dá)到-4；再其次就是相對巨大的人造天體——國際空間站，它本身以及眾多的太陽能電池板可以反光，最高視星等可以達(dá)到-2.6。
我們可以從很多網(wǎng)站查詢?nèi)嗽焯祗w的運(yùn)行，從而得知自己所在地的銥星及其他人造衛(wèi)星和國際空間站的可見時(shí)間和星等。
大多數(shù)情況下，人造天體的視星等都不會高于+2等，并且距離較近的人造天體移動速度都非?？?，其反射的光能被我們觀察到的時(shí)間，普遍都非常的短，即便是國際空間站這樣的龐然大物，往往也只能被我們持續(xù)觀測到幾分鐘而已。
國際空間站
前面已經(jīng)提過，如果在遠(yuǎn)離城市燈光的地方觀測衛(wèi)星，入夜后第一個(gè)小時(shí)最為關(guān)鍵，在這一個(gè)小時(shí)中，一個(gè)細(xì)心的觀測者應(yīng)該可以看見至少10顆人造衛(wèi)星，隨后數(shù)量會減少，在半夜降到最低水平。
說到在夜空中看到的人造衛(wèi)星，必須提到我們中國人的驕傲——東方紅一號衛(wèi)星，它是我國第一顆成功發(fā)射的人造地球衛(wèi)星。
中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心一樓大廳展示的東方紅一號衛(wèi)星的模型
東方紅一號的外形為近似球體的72面體。盡管72面體的外形設(shè)計(jì)能使衛(wèi)星在旋轉(zhuǎn)時(shí)閃閃發(fā)光，但由于衛(wèi)星直徑只有1米，經(jīng)過測算，東方紅一號衛(wèi)星本身亮度只相當(dāng)于天空亮度極低的六等星，這意味著，地球上的人用肉眼是不可能直接看清衛(wèi)星的。但看見衛(wèi)星，是設(shè)計(jì)方案在最開始就提出的要求。那么，最終我們靠什么辦法讓它被看見呢？
當(dāng)時(shí)，東方紅一號衛(wèi)星本身已經(jīng)基本上設(shè)計(jì)好了，沒有多留地方，于是，專家們想出了“借箭顯星”的妙招。運(yùn)載東方紅一號的長征一號火箭的第三級會跟衛(wèi)星一起入軌，如果能找到火箭，就能找到東方紅一號了。
科學(xué)家們在三級火箭上增加了一個(gè)又大又亮的氣球，正面涂抹一種叫做聚酰亞胺的材料，這種材料當(dāng)時(shí)很貴，在60年代一平方米的價(jià)錢是100塊錢，而當(dāng)時(shí)的黃金價(jià)格也只有一克九十幾塊錢。此外，制造這個(gè)比黃金還要貴重的氣球也不容易。
這個(gè)氣球表面鍍有鋁，并經(jīng)過拋光，在上天之前可以折疊起來，當(dāng)火箭和衛(wèi)星分離后才進(jìn)行充氣，撐開的直徑可達(dá)4米。陽光照射下，亮度接近可觀察的+2等星。
雖然早已停止工作，但時(shí)至今日，東方紅一號還在太空中飛行，不過，由于火箭和氣球已經(jīng)不在了，東方紅一號已經(jīng)無法用肉眼識別。
衛(wèi)星也會“一閃一閃亮晶晶”？
人們都說，天上的星星會閃爍，“一閃一閃亮晶晶”。那么，人造衛(wèi)星會閃爍嗎？
其實(shí)人造衛(wèi)星一般不會怎么閃爍。
星星之所以閃耀，其實(shí)是它們發(fā)射或反射的光在到達(dá)我們眼中之前，還要穿越地球的大氣層，而大氣層中的空氣并非是穩(wěn)定不動的，各種氣流的波動，都導(dǎo)致了光線在通過空氣這種不均勻的介質(zhì)時(shí)，折射路徑發(fā)生了晃動，也就是我們所感受到的“眨眼睛”。
你是不是也曾聽說過，區(qū)分肉眼看到的恒星和行星的重要一點(diǎn)，就是看它是不是會閃爍。這其中的道理就在于，相對于距離我們非常非常遙遠(yuǎn)的恒星來說，我們?nèi)庋劭梢钥吹降慕鹦?、木星、水星、火星、土星這幾大行星距離我們要近得多，雖然看上去都是一個(gè)一個(gè)小亮點(diǎn)，但它們在我們?nèi)庋壑械拿娣e其實(shí)比恒星要大很多，所以，它們反射的太陽光雖然也會受到空氣波動的干擾產(chǎn)生晃動，但卻不易被我們的眼睛察覺。
而人造衛(wèi)星距離我們就更近了，它們反射的光線受到的晃動，就更不易被我們的眼睛察覺，也就基本不存在閃爍。所以，如果你看到衛(wèi)星有規(guī)律地閃爍，只能說明整顆衛(wèi)星正在翻滾。
工作中的衛(wèi)星總是處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此，如果閃爍很明顯，你就可以確定你看到的是一顆已經(jīng)停止工作的人造衛(wèi)星。
最后還要多說一句的是，無論人造衛(wèi)星的亮度是穩(wěn)定的還是變化的，我們?nèi)タ吹臅r(shí)候，一些人總以為自己看到它們沿著弧形的軌道滑過夜空，或者覺得它們在飛過我們頭頂?shù)臅r(shí)候由慢而快。事實(shí)上，這些變化都發(fā)生在我們的腦海里而不是天上。我們急切地觀察緩慢變化的天空，又不斷想象它們的運(yùn)動，就可能產(chǎn)生光學(xué)錯(cuò)覺。延時(shí)拍攝表明，人造衛(wèi)星在夜空中基本是在勻速直線運(yùn)動的。
一閃一閃亮晶晶，可能真的是滿天的“小眼睛”哦！
（本文首發(fā)于科學(xué)大院，中科院國家空間科學(xué)中心供稿）
“科學(xué)大院”是中國科學(xué)院官方科普平臺，致力于前沿、權(quán)威、有趣、有料。由中國科學(xué)院科學(xué)傳播局聯(lián)合主辦、中國科普博覽運(yùn)營。關(guān)注微信公眾號“科學(xué)大院”獲取更多信息。更多合作與科學(xué)大院工作組cas@cnic.cn聯(lián)系。
