今天小編分享的科學經驗：什麼？衛星怎麼還排上午班下午班啊？，歡迎閱讀。
8 月 3 日，咱們的風雲 3 号 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 " 太陽同步上午軌道衛星 "。" 上午 " 軌道衛星是怎麼個意思？還有下午衛星、晚上衛星什麼的嗎？
這些其實主要與衛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
衛星還有早班呢
既然這次發射的是氣象衛星，咱就先拿氣象衛星舉個例子。根據氣象衛星的業務特色，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，需要有個衛星時時刻刻盯着中國看，所以從地面看來，這顆衛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 " 在我國上空的衛星，實際上是随着地球的自轉周期，同步一起轉。我們的風雲衛星裡雙号的（如 2 号、4 号）都是這類的靜止衛星，它們的衛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衛星掃描全球。極軌衛星穿梭于南北極之間，不但能看到地球的另一面，還可以彌補靜止衛星觀測不到極地的缺點。
氣象衛星所在的極地軌道叫做 " 近極地太陽同步軌道 "，就是說，不論地球轉到太陽的哪個方位，衛星軌道和晝夜分界線的夾角總是固定的。這樣，衛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。我們的風雲單号（1 号、3 号）都是這樣的近極地太陽同步軌道衛星。
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，極軌氣象衛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 号 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衛星只有上下午軌道衛星的空白，并且它所在的軌道一直位于陽光下，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，功能說了算
讀到這裡，大家想必也悟到了：衛星的軌道部署，要和它的功能相應。
确實如此。例如，中國的羲和号太陽觀測衛星，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，為了躲避紅外線的幹擾，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，應該把它放在哪裡好？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，出艙活動只需要保溫保壓就行了。
其實，離地 640～58000 千米的高處，有一圈範艾倫輻射帶，裡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網域，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，國際空間站由于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。
再比如導航衛星，如北鬥和 GPS，在包括兩極在内的全球各地，我們都需要随時看到至少三到四顆衛星以便定位導航。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。
衛星做什麼，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别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号，按說，既然要研究大氣，那麼貼着木星臉飛就好了。但朱諾号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，一直待在裡面的話，會死。所以朱諾号只能采取這種 " 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。
朱諾号木星探測器的極扁軌道。
衛星軌道，這樣區分
文章開頭我們說過，氣象衛星分為兩種軌道，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，怎樣識别它是哪種軌道的氣象衛星拍出來的呢？
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，靜止軌道衛星和地球同步轉動，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衛星的作品，而是由極地衛星一次次飛掠掃描的影像拼接而成。事實上，我們可以看到海洋上空特别明顯的，規律的一道道 " 掃描 " 痕迹（模糊的平行白印），那正是極地軌道衛星掠過海洋時拍到的洋面反光。
風雲 3 号 D 星拍攝的全球雲圖。
再比如下面這幅地球雲圖。靜止衛星的軌道極高（距地面大約 36000 千米），從它的位置才能看到這麼一個球體，大約相當于整個地球的 1/3，又稱作 " 圓盤圖 "。相比之下，極地軌道上運行的衛星只能看到地球上一片很小的局部。
風雲 4 号 A 星拍攝的亞太地區雲圖。
總結一下，如果你看到了個球體，那就是靜止衛星拍的，如果看起來跟挂在牆上的世界地圖神似，那就是極地衛星拍的啦！
策劃制作
作者丨曲炯 科普創作者
審核丨楊磊 國家衛星氣象中心 風雲四号副總師
策劃丨丁崝
責編丨一諾
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