如何才能看到地球静止轨道卫星并给它拍个照？

　　编者按：前段时间微信的登录界面暂时由NASA拍摄的著名“蓝色弹珠”照片换成了我国新一代气象卫星风云四号A星拍摄的地球全景照，引起了朋友圈的争相刷屏。而风云四号A星作为一颗气象卫星，其轨道高度约为3.58万千米，它实际上是一颗地球静止轨道卫星。本文简单介绍了如何看到地球静止轨道卫星的方法。

　　天上有无数的卫星日夜不停地围绕地球运转，其中转播电视信号的地球静止轨道卫星位于赤道上空，距离地面超过3.5万千米。怎么才能看到它们呢？《天空和望远镜》杂志手把手来教你。

　　同步卫星轨道示意图

　　9月的第2周时，我（Bob King，业余天文学家，本文作者）将相机随便指向水瓶座的一个天区（但该天区要位于地球同步卫星带上），选用2.8的光圈、感光度ISO400、设定曝光3分钟，然后进行拍摄，看看能否拍下一些有趣的东西。

　　哇…哇…哇，瞧瞧我都拍下啥了——1颗、2颗、3颗……一共有11颗定点不动的地球同步卫星排成一行出现在照片里！之后我又拍摄了几个晚上，尽管恒星每晚的位置都逐渐西移，但这些地球同步卫星仍然一直在同一个地方。我完全迷上了拍摄地球同步卫星这件事。

　　照片中的11颗同步卫星

　　对地球来说，所谓的同步卫星（又叫静止轨道卫星）其轨道位于赤道上空某一点处，绕地球公转的周期恰好和地球自转的周期相同（都是约24小时），这样（对于地球上的观察者来说）同步卫星就始终定点于地球赤道上空某处了。尽管从地面看地球同步卫星几乎不动，但实际上这些卫星为了跟上地球的自转速度，必须以11300千米/小时的速度绕地球公转。截至2017年8月10日，在地球同步卫星带上共有447颗在正常工作的同步卫星，而如果算上已经退役不再工作的卫星，这个地球同步卫星带上分布着超过1400颗的同步卫星。

　　每颗同步卫星都占据了地球同步卫星带上的一段狭长条，狭长条的长度设置要考虑到避免同步卫星间的通信干扰和潜在的相互碰撞危险。

　　静止轨道卫星能保持轨道始终在地球赤道上空精确的某一点位置（术语叫轨迹保持），靠的是自身的小推力发动机不时对轨道的修正（因为地球形状不规则导致地球引力场的变化、地磁场的影响，以及太阳甚至月亮的引力的因素）。

　　同步卫星（这里特指IGSO，即除了静止卫星以外的同步卫星）的在天球上的日行迹会稍微比赤道偏北或偏南一点（因为其轨道有一个很小的倾角）。

　　由于静止卫星在定点位置也会因种种因素发生轨道漂移（如果不用小推力发动机点火进行轨道修正和轨迹保持的话），因此静止卫星的实际位置常常是位于一个小方格之内。

　　静止轨道卫星带上的卫星分布

　　多数地球静止卫星都是通信卫星。地面只要通过卫星接收天线固定指向静止卫星所在的天区就可以接收到由卫星转发的各路电视节目。通过地球静止通信卫星，我们喜欢的各类电视节目得以传递到世界的各个角落。此外，军用地球静止通信卫星则可以对某一特定地区进行24小时不间断地持续监视，比如可以监视有无导弹发射等。

　　很多地球同步卫星的星等亮度在10等-12等之间，所以你使用一架4英寸（10.2厘米）口径的小型望远镜就可以找到同步卫星。同步卫星也很好拍摄，高ISO值（高感光度）、大口径镜头并不是必须的，只要有一架相机能曝光几分钟时长——这个时间足以让恒星随地球自转而在照片上产生星轨，你就能很容易从照片上分辨出同步卫星来（因为它们不动呀，没有星轨，只是一个点）。将相机的快门设定为“B”门、ISO设定到400（适用于夜晚）。设定“B”门有几种办法，你可以自己一直按着快门按键不放，也可以用一根B门线来实现B门拍照（推荐用B门线，因为它既能释放你的双手，又能避免你手持相机时不小心产生的振动）。拍照时最好用100-200mm的长焦镜头，因为这样成像更锐更清晰，曝光时长用2-4分钟为宜。照片拍好后，你放大相片查看会发现，画面中有很多长长的星轨（恒星形成的，当然前提是你没有用赤道仪），还有一行不动的小光点——这就是同步卫星啦！

　　用星空模拟软件Stellarium模拟的北纬42°看到的地球同步卫星带

　　（蓝线是天赤道，即赤道在天球上的投影；黄线是地球同步卫星带）

　　当然，你需要知道当地纬度对应的地球同步卫星带在天空上的位置。对于北半球的观星者来说，看到的地球同步卫星带在天空的位置总会在天赤道的南边几度（参看上图），这是由于视差所致。举个例子，以我（Bob King）所处的位置（北纬47°）来说，同步卫星带会出现在天赤道偏南7°的地方，即子午圈（在地平坐标系中经过北天极的地平经圈）36°高的位置。下面的这张表格就给出了北半球不同纬度处，地球同步卫星带的修正值；如果你在南半球，则应该用相反的修正值。

　　所以当我想观察地球同步卫星时，我就打开类似Stellarium这样的星空模拟软件，先标出一个天赤道的位置，然后再在天赤道以南约7°的位置上画出一条赤纬线，即是地球同步卫星在当地纬度所看到的位置，在这条赤纬线上找到亮星和容易辨识的深空天体，记下亮星或深空天体的坐标位置。到户外去操作望远镜，选用低放大率的视场（64倍）（意味着望远镜视场更大，有机会一次看到更多的同步卫星），使其视场中心指向标记的亮星或深空天体，然后开始拍摄，静静等待。确保望远镜上的时钟驱动器或赤道跟踪仪是关闭的，这样能得到效果更好的照片（因为赤道跟踪仪关闭时，恒星有星轨，同步卫星只是一些光点、无星轨，易辨认；如果打开赤道跟踪仪，则恒星没有星轨、变成了光点，而同步卫星的像却拖长成了星轨，而且会变暗，不易辨认，同步卫星的星等多在10等-12等之间）。

　　当地时间9月12日22时23分，作者拍摄到的几颗地球同步卫星

　　怎么样？找到地球同步卫星十分容易吧。

　　不同于国际空间站（ISS）和低轨道地球卫星，地球静止卫星整晚都可以观测，全年都可以观测。一天中最多也只有约70分钟可能看不到同步卫星，而这是特殊时期时，就是当地球静止卫星在春分点或秋分点前后的两周内，可能会不时落入地球的阴影内（像发生月全食一样，地球挡住了阳光，同步卫星不能被阳光照亮并反射阳光，自然就看不见了）。

　　NASA于1963年2月14日发射的人类第一颗地球同步卫星——Syncom I卫星