50年前
东方红一号成功飞天
几十万人在天安门广场
亲眼见证卫星过境
50年后
这枚中国第一颗人造卫星
仍在太空飞行！
人们在地面上还能看到它！
那么问题来了
什么时候能看见它？
观测时间能提前知道吗？
肉眼能看见还是望远镜能看见？
为什么发射50年了它还在？
……
值此第五个中国航天日
和卫星成功发射50周年的特殊时刻
我们为你深度解读
一起
多路追星 共望东方红
01
2020年3月28日
多路追星纪实
2020年3月28日，东方红一号卫星有一次约7等星亮度的过境。对于北京地区来说，今年较好的观测卫星过境的时机只有3月和9月两次。
恰逢第五个中国航天日即将到来，又是东方红一号卫星成功发射50周年，这颗中国航天人送向宇宙空间的第一星吸引了许多人的关注，大家都瞧准了3月28日这次机会。
▲ 图为东方红一号卫星部分过境信息表，源自Heavens above网站公开可查数据汇总。这天晚上，小编和北京天文馆名誉馆长（原馆长）朱进共同前往顺义郊区，用相机拍摄卫星过境照片。
与此同时，北京四中天文教师叶楠和国家天文台沙河科普教育基地教师克留分别带好了相机、望远镜等设备在延庆和昌平翘首以待。最终，谁拍摄到了东方红一号过境的神秘踪迹呢？
▼ 点击观看追星VLOG视频
片尾有答案
28日晚上9点刚过，叶楠给小编发来了一张对着电脑显示屏手机翻拍的照片，说了五个字，“今天拍到了”。
▲ 2020年3月28日，东方红一号卫星过境照片，飞跃北斗七星中的开阳双星。（叶楠 摄）3月29日的清晨五点多，克留老师把一段精心制作的29秒的视频分享到了北京天文圈的一个微信群里。“谨此纪念东方红一号卫星发射50周年”，他很激动。“为了让非常不明显的东方红一号过境轨迹能在视频上看出来，一直折腾到现在”，克留老师又发了好几条信息说明视频拍摄和后期处理的情况。
▲ 2020年3月28日，东方红一号卫星过境视频，已在微博、抖音、B站等多个平台广泛传播。（克留 摄）
29日中午12点多，朱进发来微信，“没拍到”。语气十分遗憾。不过，最后他还是说，“我今天晚上换个地方再试试”。
坚持带来了好运。29号晚上，东方红一号卫星在朱进相机里的20多张照片上都留下了痕迹，一道白线穿过小熊座，经过天权下面一点又穿过北斗七星！
▲ 2020年3月29日，东方红一号卫星过境照片。（朱进 摄）其实，朱进此前一直密切关注着它，已经多次成功拍摄到了卫星过境的照片。作为《天文爱好者》的主编，他认为，“对人造航天器的观测和拍摄，是天文爱好者一个非常好的入门方式和机会”。未来，中国空间站建成后，将成为一颗“我们站在自家阳台上，抬头即可见的‘星’”。
▲ 2015年和2018年朱进拍摄的东方红一号卫星过境照片。02
东方红一号为何能被看到？
发射至宇宙空间的航天器，能否被人们在地面用肉眼看到，和多个因素相关。
航天科技集团五院总体部研究员汪中生介绍，主要有五个方面，分别是轨道高低（即距离地面的远近）、个体尺寸大小、表面材料对阳光的反射特性、观测时的气象条件、观测时航天器是否处于地影内等。
对高度接近、表面反射特性类似的航天器，可以简单说“越大的航天器越容易被看到”。
对于东方红一号卫星的观测来说，分两个阶段。
首先是50年前。
在1967年的东方红一号卫星方案预计中，卫星在空间运行时的亮度为5-8等星。由于人眼的观星极限是6等，因此当时的航天人在末级火箭上加上了“观察伞”，希望它的亮度达到4-7等星。这个跟在卫星身后的直径约4米的“太空反光球”大大增加了反射太阳光的面积，这样，地面上的人就更容易“看得见”了。
于是在卫星发射成功的第二天，1970年4月25日，根据20时29分卫星将经过北京上空的预报。数十万人闻讯聚集到天安门广场，在探照灯光柱的指引下，翘首望天，亲眼目睹到了东方红一号卫星过境的震撼一幕。
第二个阶段是2000年12月29日至今。
东方红一号卫星的实际表现超出了科研人员的预期，在带“观察伞”的三级火箭于2000年12月29日陨落后，我们仍然可以在它过境时欣赏到它的风采。
生日与东方红一号卫星发射的4月24日是同一天的朱进说，由于这个特别的缘分，他对东方红一号格外关注，长期观测和拍摄这枚卫星，就在“前几年还用肉眼看到过它”。
从下面这张查询Heavens above网站数据而制作的表格，我们可以看出，2018年的9月14日，东方红一号卫星在近地点、100℅被照亮时，最大亮度可达3.6等星。
时 间
轨道参数
亮度（星等）
近地点
远地点
倾角
1970.04.24
439 km
2384 km
68.5°
卫星5～8等，三级火箭（带“观察伞”）4～7等。
2018.09.14
432 km
2032 km
68.4°
固有亮度（食分）7.2等
（在千公里距离，50 % 照亮时）。
最大亮度（食分）3.6等
（在近地点，100 % 照亮时）。
▲ 表格由韩厚健提供
卫星的亮度为何在变化？
叶楠解释，东方红一号卫星表面是一个72面体，初始以每分钟约120周的速度自旋。只有在与太阳角度合适的时候才能够出现闪光，所以亮度有一个变化的过程。
“即使在同一天，处在不同经纬度位置的观测者看到的卫星过境亮度也可能不一样”，北京天文博物馆的张超进一步补充说。
03
世界前五星今只剩二星，
东方红一号为何50年不掉？
回顾世界上五个最先发射卫星国家的第一颗卫星，苏联的人造地球卫星一号、美国的探险者一号、日本的大隅号早已陨落，仍然在轨的只剩下法国的阿斯特克斯1号和中国的东方红一号，阿斯特克斯1号由于体积太小而很难看到。
▲ 世界最先发射五国第一颗卫星的现状一览（韩厚健制图）那么，东方红一号卫星为何能够长期在轨呢？这先要从它的轨道说起。
在近地点高度439千米、远地点高度2384千米（发射初始数据，后有衰减）的椭圆轨道上，东方红一号发射入轨后随即开始了周而复始的旋转，走完一圈大约需要114分钟。
主要从事月球和深空探测轨道设计研究工作的汪中生介绍，如果卫星的高度少于400千米，地球大气对卫星的阻力会导致卫星速度逐渐降低、高度逐渐衰减，直到进入120千米以下的稠密大气层烧毁。当初东方红一号的设计师希望卫星能够长期在太空飞行，所以选择它的近地点高度大于400千米。
东方红一号卫星轨道比较高，空气虽然非常稀薄，但还是会给卫星一定的阻力，因此它的轨道也略有衰减，只不过过程缓慢，目前它的近地点高度只比当初降低了10千米左右。一般人造卫星轨道高度降低到300千米以下时，才会比较快速的丢失高度，最终再入大气层。
对此，曾参与长征一号运载火箭研制工作的航天科技集团一院研究员韩厚健说，“只要没有人打扰它，东方红一号卫星在轨时间将超过50年。”
04
相机拍星统共分几步？
首先你需要去一个名为Heavens above的网站，网址是www.heavens-above.com。在这个网站上可以查询到各种人造卫星过境信息。
进入网站后第一步是输入观测地所在的经纬度，这是非常重要的一步。之后，在“人造卫星数据库”中搜索“dfh-1”，或者在卫星编号范围内搜索从“4382”至“4382”，“dfh-1”和“4382”分别是“东方红一号”卫星的英文名称和编号。然后，就可以查询到它的过境信息和星图了。
其次是设备调试与拍摄。我们采用的拍摄方法类似守株待兔，即，对准“东方红一号”卫星即将飞过的某片天区，在过境前后连续曝光。由于它是一个动的目标，长时间曝光并不能够增加曝光量，所以只能使用尽可能大光圈的镜头，尽可能高的感光度去拍摄，根据光圈和感光度的数值再结合天光背景亮度确定合适的曝光时间。这种拍摄方式和流星的拍摄有相似的地方。
第三是后期比对。照片拍摄完成后，需要对照过境星图在照片中寻找“东方红一号”卫星的身影。
▲ 图为3月28日的比对星图，可在Heavens-above网站下载。（叶楠提供）05
如果说相机拍卫星难，
那么用天文望远镜看卫星呢？
2019年4月，北京四中的学生任芊澍和丁恒宇参加了第二十届北京市中小学生航天科技体验与创意设计大赛，两人两张同一天拍摄的东方红一号卫星过境的照片都得了航天器摄影项目的奖项。
为何两张主题内容相同的照片能在同一赛事中获奖？他们的指导老师叶楠讲，“因为确实比较难拍到，而且也难拍好看。”
▲ 任芊澍2019年4月拍摄的东方红一号卫星过境照片
▲ 丁恒宇2019年4月拍摄的东方红一号卫星过境照片如果说，相机拍摄有难度，是难在哪里？而天文望远镜的观测又是如何操作？张超从北京天文博物馆的库房里，找出了两件专门观测人造卫星的小望远镜介绍说：“这里面，还是有很多讲究的”。
▼ 点击观看追星VLOG访谈视频
听两位中学生讲述他们的追星拍摄故事
看天文望远镜观测人造卫星的门道讲究
根据中科院院士、原一院一部主任谢光选的记录，东方红一号卫星升空前，1970年4月3日，专家们曾向周恩来总理报告：卫星将“存在轨道上约16年”。如今看来，东方红一号的实际表现大大超出了设计师们当初的保守估计，成为了中国航天史上的一个传奇。
从第一星上天，到神舟载人、北斗导航、嫦娥探月……航天人探索不止、航天事业步履不停，中国人迈向宇宙空间的脚步愈加坚定，