第一章 向太空人揮手說「嗨！」
你對晚上從頭頂飛過的物體感到好奇嗎？這裡會告訴你該去哪裡、在什麼時間可以看到國際太空站（International Space Station, ISS）、銥衛星（Iridiums）和其他明亮的人造衛星。我們將探討「地球的影子」（Earth’s shadow，簡稱「地影」）如何影響人造衛星的能見度，同時發現太空人能夠漂浮在太空中的驚人原因。
觀察練習：
‧ 在下一個天氣晴朗的夜晚走到戶外，找出地球的影子（參考第10頁）。
‧ 無論你置身地球何處，練習用指南針判定目前方位（參考第12頁）。
‧ 捕捉到空中閃閃發亮的銥衛星（參考第24頁）。
‧ 太空站通過時，用相機為它拍張照片（參考第24頁）。
‧ 運用網路資源和手機上的APP，找出太空站飛過你家上空的時間（參考第26頁）。
有過這樣的經驗嗎？某個晴朗夏日的夜晚，你走到戶外，沉浸在滿天星斗的美景當中，忽然，有顆星星從眼角掠過，就像蒼穹間拔掉了一顆星。當下你所看到的，可能根本不是星星，而是一個離地很近、用鋁鈦合金及碳纖材料打造的飛行器。
人造衛星會在太陽稍低於地平線下之際─通常是在黎明或黃昏，進入地面觀測者的視界，因為這時衛星所在的軌道位置仍在太陽照射範圍內。傍晚暮光及拂曉曙光中，是觀察衛星最好的時機，尤其以夏季的月分最為理想，因為這時期的夜晚有大半時間都能看到曙暮光。
人造衛星運行在距離地表161公里或更高的軌道上，所以有辦法「把頭伸進」陽光之中，與日落山谷後陽光餘暉仍能映照在山麓頂峰是一樣的道理。陽光照射下的衛星襯映在逐漸變暗的天空時，看來猶如一顆明亮的行星。
衛星運行的軌道要比喜馬拉雅山聖母峰高出幾十倍（一般介於400.800公里），在日落後及日出前的1.2個小時內，仍可被地平線下的太陽光映照到。國際太空站和大部分科學衛星都運行在離地180至將近2,000公里高的低軌道上（low Earth orbit，LEO）。導航衛星，譬如我們所熟知、幫助我們透過手機找到目的地的GPS全球定位系統衛星，則運行在2,000.35,780公里高的軌道上。氣象衛星運行在35,780公里高的軌道上偵測地球氣象，並將拍下的影像傳回地面，於是我們便能在晚間氣象新聞中收看。我們之所以能在曙暮光中見到深夜時無法看見的物體，與地球的影子有直接關聯。晴天時，陽光會將樹木與建築物的陰影投射至地面；同樣的，地球也有自己的影子。太陽照射地球形成的投影會穿越天際，遠遠擲向太空深處。太陽一下山，你我便會發覺自己已被地球的影子籠罩，而此刻運行在我們上方極高處的衛星，暫時還會受到陽光映照一段時間，直到它完全隱入地影闇黑中便看不見了，正如上圖所示。
觀察練習：地球的影子在任何晴天傍晚或早晨都看得見，實在令人興奮！只要在日落後10分鐘左右向東邊看（或是日出前約30分鐘面朝西邊），就會發現太陽正對面的地平線上方綿延著一條界線模糊的紫灰色帶。這條陰影上方，還平貼著一道秀麗的玫瑰色光芒，那便是金星帶。人們對金星帶命名的由來莫衷一是，但可推斷，此名乃源自古羅馬神話中維納斯女神圍著的那條迷人神奇緞帶。金星帶又叫做「反曙暮光弧」（anti-twilight arch），是高空中仍被陽光照亮的大氣向下反射，形成我們眼中所見的嫣紅光彩。
暮色之中，地面觀測者看到太陽沉入地平線下，地球的影子停留在東方低空中。隨著夜幕低垂，陰影逐漸向上擴散，慢慢吞噬掉整個天空。此時，天上的衛星會依其所在高度逐一被地影遮住，景況如同你從豔陽中走近大樓時，身體漸漸隱沒於陰影當中。
天剛破曉時，地球的影子朝西邊地平線緩緩褪去，營造另一個有利的觀測時機。在夏天觀測衛星要比冬天來得理想；除了曙光、暮光會在夏季出現較久之外，太陽的角度也比較理想（在北半球夏季，即便到了午夜，太陽的位置也僅稍微低於地平線），部分天空甚至整夜都有暮光。冬天則剛好相反。這時太陽會沉入地平線下深處，投射出來的地影幾乎占滿整個夜空，黑暗的時間也隨之拉長。
有時，當一顆衛星沿軌道移動，起先會照到陽光，而一旦通過中途某個位置，頓時便進入地影範圍。我想你猜得到接下來的發展。陽光一被切斷，運行中的衛星立刻陷入一片黑暗當中，我們也就看不見它了。觀察太空站時，最容易見到這般景象，當你看著它從一開始閃亮的身影，於剎那間突然消失，必定大感驚奇。
說到這裡，你大概很想知道今晚會有什麼東西從頭頂飛過。目前看來，國際太空站是最亮、最好找的目標，它每隔92分鐘就會繞行地球一圈。當你按照事前得知的時間及地點在外頭守候，然後看著它準時出現在你家上方的天空，至今仍是非常過癮的觀星盛事。每當太空站行經上空，發出燦爛的光芒一如木星般耀眼，甚至有時還搶了金星的丰采。由於黑暗背景中的發光體會在人類視網膜上形成「光滲效應」（irradiation），閃閃發亮的太空站這時看來相當龐大。如果想把國際太空站的實際造型和大小看個仔細，就得透過功能較強的雙筒望眼鏡或小型天文望遠鏡。各種衛星的尺寸不一，小的有如一條土司，大的則有近乎足球場長度的太空站，但距離地表都有數百英里之遙，所以我們用肉眼觀察起來都像星星。
觀察練習：
準備好去找太空站了嗎？首先，你得判斷自己目前所在的方位，沒有羅盤也不要緊的。轉身朝向太陽下山的大致方位─那是西方。向右伸出你的右臂。那是北方。於是左臂便指向南方，而此刻你正背對著東方。如果你來到一個陌生環境，不大確定日落的方向，可以打開手機上的指南針app。iPhone使用者可以點一下工具程式匣裡的指南針圖示。安卓系統的手機用戶可下載一個免費的指南針app（參考第26頁）。
沒帶手機？也沒問題。北斗七星是最可靠的指標。
抬頭找出北斗七星那另人眼熟的勺子和斗柄外形，在勺口末端的兩顆星間畫一條假想線，再將其長度向外延伸5倍，你就找到北極星了，也就是我們的「北方之星」。北極星看來也像北斗七星之一，它的位置幾乎就在正北方。面向北極星時，你的背後就是南方，左手邊是西方，右手邊是東方。本書第57頁的附圖有更詳細的說明。
再來，你需要知道太空站飛過的時間與飛行路徑。很多地方都能取得這些資訊。你可以直接在「Stop the Station」（網址：spotthestation.nasa.gov）或是「Spaceweather」（網址：spaceweather.com/flbys/）等網站上，輸入你所在的地點，畫面上便會出現一個表格，告訴你幾個日期、衛星臨空及穿越的時間（國際太空站到達你頭頂上空最高位置的時間）、星等／亮度（magnitude），及建議的觀賞位置。
希望能夠一目瞭然嗎？那麼你可以登入「Heavens Above」（網址：www.heavens-above.com）網站，從清單中或地圖上選擇你所在的城市。在「人造天體」標題下（註：英文介面時為「Satellites」），點選ISS（註：在繁體中文介面下，點選「國際太空站」），便會跳出一個未來10天可以看到衛星的時間表。要記得上面顯示的時間為24小時制；6:00指的是上午6點，18:00指的是下午6點。這裡除了有「太空天氣」的基礎資訊，還會告訴你─明亮度、出現方位、最高點方位與消失方位─ 外加一張星圖！在這張星圖的飛行軌跡上，還標示了衛星行經各個位置的時刻，讓你清楚掌握飛行全程的時間與方向。這張星圖是將頭頂星空以二維方式呈現，以我們頭頂正上方的位置做為圖的中心，或稱為天頂（zenith）。圖的上方指向北邊，下方為南，圖右為西，圖左為東。
許多追蹤網站在定位衛星時，使用「仰角」（alt），即地平線上方所在高度，與「方位角」（az）或羅盤方位。這裡量測的高度，是用度數為單位，以地平線為0°，正上方的天頂為90°。測量方位角時，則以地平線為指針順時鐘旋轉，北方為0°（亦可視為360°），依序為指向東方時的90°、南方為180°，而西方則為270°。
如果你用智慧型手機，就不用登入這些網站查詢，你可以下載使用免費的ISS追蹤app，本章結尾（第26頁）列出其中不少。等你啟動app，讓它鎖定你的位置之後，每天都會收到衛星資訊預報及運行路徑，手指一點就可讀取。透過app內建功能擴充，花點小錢，你還能追蹤哈伯太空望遠鏡、中國天宮太空站、最新出現的彗星和許多其他天體。我們真的活在神奇的年代。
假定今晚國際太空站將要通過你家附近上空，那麼一塊兒出門觀測吧。到了戶外，先花個幾分鐘確認方位，同時讓自己的眼睛適應黑暗。好玩的事情來了─大家看到一顆淺黃發亮的「星星」凌空而過，裡面坐著一組太空人呢！太空站運行時間的精準程度總讓我驚訝連連。如圖中顯示Heavens Above網站回報2016年2月3日在美國伊利諾州芝加哥市可觀察到的國際太空站飛行軌跡。當太空站消失於地影時，追蹤也宣告結束。從即將進入地影前至完全消失的過程裡，你可透過雙筒望遠鏡看見太空站在落日餘暉中泛出紅光。圖片提供者：Heavens Above網站，克里斯．皮特（Chris Peat）果預報的行經時間是晚上8點02分，那就絕對錯不了，你會分秒不差地在西北方夜空中看到這顆發光的「星星」現身、移動。雖說這背後都是科學，但簡直就像魔術表演。
在國際太空站周而復始的運行過程裡，我們首先看到它自西方低空處現身，滑過北邊或南邊的天空，隱沒於東方。無論你住在城市近郊、小鎮或鄉下都看得見，因為太空站的光芒相當搶眼。它所發出的光亮非常穩定，不像飛機的燈光那樣閃爍或是忽明忽暗。飛機機翼上的照明會間歇地發出紅光及綠光，而國際太空站和絕大多數衛星則像恆星般穩定發光。偶爾或會出現失控的衛星或火箭進入軌道前脫落的推進器自空中墜落，它們翻轉下墜所發出的閃光毫無規則性。這些殘骸墜落時的運動方式與光芒和衛星也完全不同，稍微觀察幾個月就不難分辨箇中差異。至於流星，則是從天上一閃而過，接著消失得無影無蹤。
太空站從天上飛過時，我們仔細觀察它的色彩。大部分衛星都沒有顏色，但國際太空站裝有8組巨大的陽光發電模板，是使用聚亞醯胺薄膜材質（kapton）構建，在陽光映照下，會發出淺黃色澤。我們有時會見到它突然金光閃閃，那是太陽能板對著你反射陽光的結果。大家可欣然期待這份驚喜。
國際太空站剛從西方地平線上出現時，離我們還很遙遠，呈現出一顆緩慢移動的黯淡光點，但當它來到靠近你正上方的位置時，你和太空站上的太空人間只相隔400公里。此刻，它不但光彩奪目，看來也是移動最快的時候，就像架飛機。上面的太空人這時正以每小時超過27,360公里的高速飛掠而過，別忘了向他們招手說「嗨！」。對多數人來說，這大概會是我們和太空人距離最近的一刻，有趣極了。
你對晚上從頭頂飛過的物體感到好奇嗎？這裡會告訴你該去哪裡、在什麼時間可以看到國際太空站（International Space Station, ISS）、銥衛星（Iridiums）和其他明亮的人造衛星。我們將探討「地球的影子」（Earth’s shadow，簡稱「地影」）如何影響人造衛星的能見度，同時發現太空人能夠漂浮在太空中的驚人原因。
觀察練習：
‧ 在下一個天氣晴朗的夜晚走到戶外，找出地球的影子（參考第10頁）。
‧ 無論你置身地球何處，練習用指南針判定目前方位（參考第12頁）。
‧ 捕捉到空中閃閃發亮的銥衛星（參考第24頁）。
‧ 太空站通過時，用相機為它拍張照片（參考第24頁）。
‧ 運用網路資源和手機上的APP，找出太空站飛過你家上空的時間（參考第26頁）。
有過這樣的經驗嗎？某個晴朗夏日的夜晚，你走到戶外，沉浸在滿天星斗的美景當中，忽然，有顆星星從眼角掠過，就像蒼穹間拔掉了一顆星。當下你所看到的，可能根本不是星星，而是一個離地很近、用鋁鈦合金及碳纖材料打造的飛行器。
人造衛星會在太陽稍低於地平線下之際─通常是在黎明或黃昏，進入地面觀測者的視界，因為這時衛星所在的軌道位置仍在太陽照射範圍內。傍晚暮光及拂曉曙光中，是觀察衛星最好的時機，尤其以夏季的月分最為理想，因為這時期的夜晚有大半時間都能看到曙暮光。
人造衛星運行在距離地表161公里或更高的軌道上，所以有辦法「把頭伸進」陽光之中，與日落山谷後陽光餘暉仍能映照在山麓頂峰是一樣的道理。陽光照射下的衛星襯映在逐漸變暗的天空時，看來猶如一顆明亮的行星。
衛星運行的軌道要比喜馬拉雅山聖母峰高出幾十倍（一般介於400.800公里），在日落後及日出前的1.2個小時內，仍可被地平線下的太陽光映照到。國際太空站和大部分科學衛星都運行在離地180至將近2,000公里高的低軌道上（low Earth orbit，LEO）。導航衛星，譬如我們所熟知、幫助我們透過手機找到目的地的GPS全球定位系統衛星，則運行在2,000.35,780公里高的軌道上。氣象衛星運行在35,780公里高的軌道上偵測地球氣象，並將拍下的影像傳回地面，於是我們便能在晚間氣象新聞中收看。我們之所以能在曙暮光中見到深夜時無法看見的物體，與地球的影子有直接關聯。晴天時，陽光會將樹木與建築物的陰影投射至地面；同樣的，地球也有自己的影子。太陽照射地球形成的投影會穿越天際，遠遠擲向太空深處。太陽一下山，你我便會發覺自己已被地球的影子籠罩，而此刻運行在我們上方極高處的衛星，暫時還會受到陽光映照一段時間，直到它完全隱入地影闇黑中便看不見了，正如上圖所示。
觀察練習：地球的影子在任何晴天傍晚或早晨都看得見，實在令人興奮！只要在日落後10分鐘左右向東邊看（或是日出前約30分鐘面朝西邊），就會發現太陽正對面的地平線上方綿延著一條界線模糊的紫灰色帶。這條陰影上方，還平貼著一道秀麗的玫瑰色光芒，那便是金星帶。人們對金星帶命名的由來莫衷一是，但可推斷，此名乃源自古羅馬神話中維納斯女神圍著的那條迷人神奇緞帶。金星帶又叫做「反曙暮光弧」（anti-twilight arch），是高空中仍被陽光照亮的大氣向下反射，形成我們眼中所見的嫣紅光彩。
暮色之中，地面觀測者看到太陽沉入地平線下，地球的影子停留在東方低空中。隨著夜幕低垂，陰影逐漸向上擴散，慢慢吞噬掉整個天空。此時，天上的衛星會依其所在高度逐一被地影遮住，景況如同你從豔陽中走近大樓時，身體漸漸隱沒於陰影當中。
天剛破曉時，地球的影子朝西邊地平線緩緩褪去，營造另一個有利的觀測時機。在夏天觀測衛星要比冬天來得理想；除了曙光、暮光會在夏季出現較久之外，太陽的角度也比較理想（在北半球夏季，即便到了午夜，太陽的位置也僅稍微低於地平線），部分天空甚至整夜都有暮光。冬天則剛好相反。這時太陽會沉入地平線下深處，投射出來的地影幾乎占滿整個夜空，黑暗的時間也隨之拉長。
有時，當一顆衛星沿軌道移動，起先會照到陽光，而一旦通過中途某個位置，頓時便進入地影範圍。我想你猜得到接下來的發展。陽光一被切斷，運行中的衛星立刻陷入一片黑暗當中，我們也就看不見它了。觀察太空站時，最容易見到這般景象，當你看著它從一開始閃亮的身影，於剎那間突然消失，必定大感驚奇。
說到這裡，你大概很想知道今晚會有什麼東西從頭頂飛過。目前看來，國際太空站是最亮、最好找的目標，它每隔92分鐘就會繞行地球一圈。當你按照事前得知的時間及地點在外頭守候，然後看著它準時出現在你家上方的天空，至今仍是非常過癮的觀星盛事。每當太空站行經上空，發出燦爛的光芒一如木星般耀眼，甚至有時還搶了金星的丰采。由於黑暗背景中的發光體會在人類視網膜上形成「光滲效應」（irradiation），閃閃發亮的太空站這時看來相當龐大。如果想把國際太空站的實際造型和大小看個仔細，就得透過功能較強的雙筒望眼鏡或小型天文望遠鏡。各種衛星的尺寸不一，小的有如一條土司，大的則有近乎足球場長度的太空站，但距離地表都有數百英里之遙，所以我們用肉眼觀察起來都像星星。
觀察練習：
準備好去找太空站了嗎？首先，你得判斷自己目前所在的方位，沒有羅盤也不要緊的。轉身朝向太陽下山的大致方位─那是西方。向右伸出你的右臂。那是北方。於是左臂便指向南方，而此刻你正背對著東方。如果你來到一個陌生環境，不大確定日落的方向，可以打開手機上的指南針app。iPhone使用者可以點一下工具程式匣裡的指南針圖示。安卓系統的手機用戶可下載一個免費的指南針app（參考第26頁）。
沒帶手機？也沒問題。北斗七星是最可靠的指標。
抬頭找出北斗七星那另人眼熟的勺子和斗柄外形，在勺口末端的兩顆星間畫一條假想線，再將其長度向外延伸5倍，你就找到北極星了，也就是我們的「北方之星」。北極星看來也像北斗七星之一，它的位置幾乎就在正北方。面向北極星時，你的背後就是南方，左手邊是西方，右手邊是東方。本書第57頁的附圖有更詳細的說明。
再來，你需要知道太空站飛過的時間與飛行路徑。很多地方都能取得這些資訊。你可以直接在「Stop the Station」（網址：spotthestation.nasa.gov）或是「Spaceweather」（網址：spaceweather.com/flbys/）等網站上，輸入你所在的地點，畫面上便會出現一個表格，告訴你幾個日期、衛星臨空及穿越的時間（國際太空站到達你頭頂上空最高位置的時間）、星等／亮度（magnitude），及建議的觀賞位置。
希望能夠一目瞭然嗎？那麼你可以登入「Heavens Above」（網址：www.heavens-above.com）網站，從清單中或地圖上選擇你所在的城市。在「人造天體」標題下（註：英文介面時為「Satellites」），點選ISS（註：在繁體中文介面下，點選「國際太空站」），便會跳出一個未來10天可以看到衛星的時間表。要記得上面顯示的時間為24小時制；6:00指的是上午6點，18:00指的是下午6點。這裡除了有「太空天氣」的基礎資訊，還會告訴你─明亮度、出現方位、最高點方位與消失方位─ 外加一張星圖！在這張星圖的飛行軌跡上，還標示了衛星行經各個位置的時刻，讓你清楚掌握飛行全程的時間與方向。這張星圖是將頭頂星空以二維方式呈現，以我們頭頂正上方的位置做為圖的中心，或稱為天頂（zenith）。圖的上方指向北邊，下方為南，圖右為西，圖左為東。
許多追蹤網站在定位衛星時，使用「仰角」（alt），即地平線上方所在高度，與「方位角」（az）或羅盤方位。這裡量測的高度，是用度數為單位，以地平線為0°，正上方的天頂為90°。測量方位角時，則以地平線為指針順時鐘旋轉，北方為0°（亦可視為360°），依序為指向東方時的90°、南方為180°，而西方則為270°。
如果你用智慧型手機，就不用登入這些網站查詢，你可以下載使用免費的ISS追蹤app，本章結尾（第26頁）列出其中不少。等你啟動app，讓它鎖定你的位置之後，每天都會收到衛星資訊預報及運行路徑，手指一點就可讀取。透過app內建功能擴充，花點小錢，你還能追蹤哈伯太空望遠鏡、中國天宮太空站、最新出現的彗星和許多其他天體。我們真的活在神奇的年代。
假定今晚國際太空站將要通過你家附近上空，那麼一塊兒出門觀測吧。到了戶外，先花個幾分鐘確認方位，同時讓自己的眼睛適應黑暗。好玩的事情來了─大家看到一顆淺黃發亮的「星星」凌空而過，裡面坐著一組太空人呢！太空站運行時間的精準程度總讓我驚訝連連。如圖中顯示Heavens Above網站回報2016年2月3日在美國伊利諾州芝加哥市可觀察到的國際太空站飛行軌跡。當太空站消失於地影時，追蹤也宣告結束。從即將進入地影前至完全消失的過程裡，你可透過雙筒望遠鏡看見太空站在落日餘暉中泛出紅光。圖片提供者：Heavens Above網站，克里斯．皮特（Chris Peat）果預報的行經時間是晚上8點02分，那就絕對錯不了，你會分秒不差地在西北方夜空中看到這顆發光的「星星」現身、移動。雖說這背後都是科學，但簡直就像魔術表演。
在國際太空站周而復始的運行過程裡，我們首先看到它自西方低空處現身，滑過北邊或南邊的天空，隱沒於東方。無論你住在城市近郊、小鎮或鄉下都看得見，因為太空站的光芒相當搶眼。它所發出的光亮非常穩定，不像飛機的燈光那樣閃爍或是忽明忽暗。飛機機翼上的照明會間歇地發出紅光及綠光，而國際太空站和絕大多數衛星則像恆星般穩定發光。偶爾或會出現失控的衛星或火箭進入軌道前脫落的推進器自空中墜落，它們翻轉下墜所發出的閃光毫無規則性。這些殘骸墜落時的運動方式與光芒和衛星也完全不同，稍微觀察幾個月就不難分辨箇中差異。至於流星，則是從天上一閃而過，接著消失得無影無蹤。
太空站從天上飛過時，我們仔細觀察它的色彩。大部分衛星都沒有顏色，但國際太空站裝有8組巨大的陽光發電模板，是使用聚亞醯胺薄膜材質（kapton）構建，在陽光映照下，會發出淺黃色澤。我們有時會見到它突然金光閃閃，那是太陽能板對著你反射陽光的結果。大家可欣然期待這份驚喜。
國際太空站剛從西方地平線上出現時，離我們還很遙遠，呈現出一顆緩慢移動的黯淡光點，但當它來到靠近你正上方的位置時，你和太空站上的太空人間只相隔400公里。此刻，它不但光彩奪目，看來也是移動最快的時候，就像架飛機。上面的太空人這時正以每小時超過27,360公里的高速飛掠而過，別忘了向他們招手說「嗨！」。對多數人來說，這大概會是我們和太空人距離最近的一刻，有趣極了。
