什麼？衞星怎麼還排上午班下午班啊？_風聞

8 月 3 日，咱們的風雲 3 號 06 星成功發射升空。在很多相關的新聞報道中，我們可能會看到，它被稱作“太陽同步上午軌道衞星”。“上午”軌道衞星是怎麼個意思？還有下午衞星、晚上衞星什麼的嗎？

這些其實主要與衞星的軌道及功能有關，今天咱們就來簡單聊聊。

上午下午算什麼

衞星還有早班呢

既然這次發射的是氣象衞星，咱就先拿氣象衞星舉個例子。根據氣象衞星的業務特色，它們的運行軌道一般有兩種：**一是地球靜止軌道，二是近極地太陽同步軌道，也叫做極地軌道。**我們最關心自家的天氣，需要有個衞星時時刻刻盯着中國看，所以從地面看來，這顆衞星始終懸在我們上空一動不動。我們又知道地球在自轉，所以這顆“靜止”在我國上空的衞星，實際上是隨着地球的自轉週期，同步一起轉。我們的風雲衞星裏雙號的（如 2 號、4 號）都是這類的靜止衞星，它們的衞星雲圖永遠展示中國所在的這面地球。

天下一家，中國的天氣不是孤立的，所以我們還需要極地軌道衞星掃描全球。極軌衞星穿梭於南北極之間，不但能看到地球的另一面，還可以彌補靜止衞星觀測不到極地的缺點。

**氣象衞星所在的極地軌道叫做“近極地太陽同步軌道”，就是説，不論地球轉到太陽的哪個方位，衞星軌道和晝夜分界線的夾角總是固定的。**這樣，衞星每次運行到白晝這一面時，它下方的地面總在同一個時間點，光照視角永遠相同，可以保證觀測數據的一致性。我們的風雲單號（1 號、3 號）都是這樣的近極地太陽同步軌道衞星。

北極“俯視”視角看到的太陽同步極地軌道。圖源：作者

那麼為什麼要有“上午星”和“下午星”呢？因為天氣常常和上下午密切相關。

舉個實際的例子：青藏高原的雲常常和人類一樣“上下班”，早晨從地面蒸騰起來，中午形成濃雲，下午到傍晚再降回地面。就算在大平原上，大家也會察覺到，強對流天氣一般發生在午後到傍晚，很少出現在早晨或上午。**所以，極軌氣象衞星分為上午星和下午星，可以用來觀測上午和下午不同時間段的天氣現象。**當上午星出現在地球的白天一面時，它正下方的那個地區，總是當地上午，而下午星則在下午。

而中國的風雲 3 號 E 星，則有些特殊，它是全球首發民用“晨昏星”，也稱“黎明星”，它運行在晝夜分界線（也稱晨昏線）上空，彌補了國際上民用氣象衞星只有上下午軌道衞星的空白，並且它所在的軌道一直位於陽光下，除了觀察地球，更是可以不間斷地觀測太陽天氣，對耀斑、冕洞等太陽活動的監測預警具有重要意義。

**軌道選什麼，**功能説了算

讀到這裏，大家想必也悟到了：衞星的軌道部署，要和它的功能相應。

確實如此。例如，中國的羲和號太陽觀測衞星，為了持續研究太陽大氣動力學，運行在晨昏線上空的太陽同步軌道上（有點像氣象晨昏星）。美國的韋布太空望遠鏡，為了躲避紅外線的干擾，飄蕩在背離太陽和地球的第二拉格朗日點，還拉起一個網球場大且有 5 層的遮陽罩，把太陽和地球方向過來的輻射擋得嚴嚴實實。

再比如空間站，我們一起來想一想，如果讓我們來設計空間站軌道，應該把它放在哪裏好？**我們要考慮到空間站是個住人的地方，所以它周圍的空間條件不能有太強的電離輻射。**我們平時在地面上，被地球磁場和大氣保護，總覺得太空只是荒涼而已，出艙活動只需要保温保壓就行了。

其實，離地 640～58000 千米的高處，有一圈範艾倫輻射帶，裏面充斥着被地球磁層捕獲的高能帶電粒子，顆顆都是滿滿的惡意。所以，空間站的軌道要避開這片區域，中國空間站和國際空間站的高度都只有 400 千米左右，也就是西安到鄭州的直線距離。

人類在太空中能夠中長期逗留的範圍。

從範艾倫輻射帶的剖面圖還可以看出，在地球的高緯度地區，輻射帶更貼近地面。我們也都知道，極光就是太陽風轟擊地球大氣形成的。既然地球兩極附近的空間環境很差勁，那麼空間站除了高度低之外，緯度也要低。中國空間站只在南北緯 42° 之間運行，國際空間站由於要從俄羅斯的拜科努爾發射場上人上貨，所以不得已選擇了較大的 52° 傾角。

再比如導航衞星，如北斗和 GPS，在包括兩極在內的全球各地，我們都需要隨時看到至少三到四顆衞星以便定位導航。所以它們中間的大多數既要動起來，又不能像空間站那樣貼着地飛。它們的理想位置在離地 2 萬千米附近的“中地球軌道”上。

衞星做什麼，空間環境怎樣，決定了它怎麼飛。我們把這個思路推而廣之，還可以理解一些派往別的星球的深空探測器看似奇怪的軌道。例如在木星附近做大氣研究的朱諾號，按説，既然要研究大氣，那麼貼着木星臉飛就好了。但朱諾號的軌道實際上是個很扁的橢圓，近時離木星表面只有 4200 千米，遠時卻要飛到 800 萬千米開外。為什麼呢？**因為木星有個極其強大恐怖的磁層，一直待在裏面的話，會死。**所以朱諾號只能採取這種“摸一下就跑” 的策略，每次疾速飛掠一下，然後趕緊逃到遠處，在安全的地方，慢慢整理數據發回地球。

朱諾號木星探測器的極扁軌道。

衞星軌道，這樣區分

文章開頭我們説過，氣象衞星分為兩種軌道，一種是靜止軌道，一種是極地軌道。我們現在就來學習一個小技能：當我們看到一幅雲圖時，怎樣識別它是哪種軌道的氣象衞星拍出來的呢？

你放心，絕無公式定理，也不需要摁計算器，只需要看視野，定高度。

**比如下面這幅全球雲圖。**我們知道，靜止軌道衞星和地球同步轉動，中國上空的永遠只看中國這個半球，所以，既然看到了全球，那麼它一定不是靜止軌道衞星的作品，而是由極地衞星一次次飛掠掃描的圖像拼接而成。事實上，我們可以看到海洋上空特別明顯的，規律的一道道“掃描”痕跡（模糊的平行白印），那正是極地軌道衞星掠過海洋時拍到的洋麪反光。

風雲 3 號 D 星拍攝的全球雲圖。

**再比如下面這幅地球雲圖。**靜止衞星的軌道極高（距地面大約 36000 千米），從它的位置才能看到這麼一個球體，大約相當於整個地球的 1/3，又稱作“圓盤圖”。相比之下，極地軌道上運行的衞星只能看到地球上一片很小的局部。

風雲 4 號 A 星拍攝的亞太地區雲圖。

總結一下，如果你看到了個球體，那就是靜止衞星拍的，如果看起來跟掛在牆上的世界地圖神似，那就是極地衞星拍的啦！

策劃製作

作者丨曲炯 科普創作者

審核丨楊磊 國家衞星氣象中心 風雲四號副總師 

策劃丨丁崝

責編丨一諾