蒼穹悠遠，星光深邃，在地球堅實的土地上，太陽和月亮每天都會升起和落下，周而複始。當太陽被地球擋在身後的時候，漫天的繁星在夜空的天幕中旋轉。

在北半球，星空似乎圍繞着北極星旋轉，而在南半球，恒星似乎圍繞着南天極旋轉。對于攝影愛好者來說，相機快門打開的時間越長，恒星劃過的軌迹就會越長、越壯觀。下圖：

這背後的原因是什麼?這是因為地球在繞軸自轉。南北天極都與地軸成一條直線，所以這些恒星以24小時為周期圍繞地軸旋轉一圈。如果在一個連續24小時天空晴朗的地方，我們可以得到一個完整的、封閉的星光軌迹。

上圖是由厄爾·莫澤(Earl Moser)在北極拍攝的，他用三腳架做支撐，讓相機在夜間曝光12小時，處理照片時再額外旋轉180度。因為三腳架與北天極的位置有輕微的偏差，所以星光軌迹看起來不是很圓。

那麼我們去外太空，不受地球表面的束縛，星星看起來是靜止的還是在旋轉？我們在外太空能否得到星光軌迹呢？我應該去哪裡做測試呢！

當然是去國際空間站了!從外面(上圖)和裡面(下圖)可以讓國際空間站的宇航員看到地球360度的地平線。

下圖左這張照片我們基本上都見過，是很經典的一張照片，那你有沒有想過這個航天器是什麼外觀呢？就是下圖右！

讓我們先看看國際空間站是怎樣在地球軌道上運行的。跟地球所有的衛星一樣，國際空間站在離地球表面隻有400多公裡的地方繞着一個近乎完美的圓形軌道運行。90分鐘内就可繞地球一圈，行程超過40000公裡。根據萬有引力定律，國際空間站以7402m/s的驚人速度繞地飛行。

但這并不是唯一的運動;當這空間站繞地飛行的時候，地球也在你下方自傳，周期為24小時!這時空間站将會有兩種飛行狀态，這将決定我們能否看到的恒星軌迹。

一種選擇是像哈勃太空望遠鏡一樣沒有自轉，對準一個遠離太陽系并且不受地球遮擋的目标，在這樣的空間站永遠看不到恒星的旋轉軌迹。

但是國際空間站的建造不是為了眺望外太空，而是為了俯視地球。如果你從國際空間站往下看，你會看到什麼?

每隔90分鐘，空間站就會從赤道上升到北緯，然後一路下降，穿過赤道，下降到南極洲(但不完全飛越)，然後再向北回到赤道。由于地球的自轉，每次國際空間站所經過位置的經度會改變20度左右。

因為國際空間站的設計是向下看地球的，每90分鐘會自轉一圈，而不是像哈勃那樣根本不自轉，所以上文中的空間站圓頂總是面向地球。如果我們把相機放在圓頂的側面上，我們就能看到類似地球上恒星劃過的圓形軌迹。

地球上的恒星軌迹需要24小時才能繞一圈，國際空間站上的軌迹隻需90分鐘就能繞一圈，因為這是國際空間站繞地球的旋轉周期也是自轉周期。這時我們就想到了總是一面朝向地球的月亮，其實道理是一樣的。但國際空間站不是被地球潮汐鎖定了，而是空間站的設計要求在自動調整姿态。朝向地球是為了更好的研究地球，這也是空間站的主要科學項目之一。

下面貼出的這些照片就完美的展示了在空間站拍攝的星光旋轉。這些照片是由美國宇航員、傑出的攝影師，遠征31号的飛行工程師唐·佩蒂特拍攝的，他拍攝了大量的短曝光照片，并将照片疊加在一起，産生了這些來自國際空間站的的美妙景象。

與地球上不同的是，國際空間站的恒星軌迹并不以南北天極為中心。因為國際空間站不随地球旋轉!因此,照片中心得點是國際空間站的旋轉軸,旋轉軸不僅速度非常快，而且因為地球的公轉旋轉軸再一年中會進動360度。

然而，在每張合成照片中，除了恒星和恒星軌迹之外，我們還可以觀察到關于地球的一些非凡影像。

例如，上圖中我們可以看到空氣中略帶綠色的輝光，以及城市燈光的黃色條紋和閃電留下的藍色斑點。

由于這張片的拍攝方向與國際空間站的運動方向平行，所以恒星軌迹看起來像是在下雨。當把相機移到空間站的兩側時，這種效應開始消失，空間站的旋轉效應開始顯現。下圖：

在地球上方更高的高度上，還有一層暗紅色的微弱氣體輝光，這是因為氧原子在白天處于激發态，在夜間慢慢變回基态，紅色層來自海拔150-300公裡，而明亮、薄的綠色層來自海拔90-100公裡的空氣層。

那麼上面這張帶有大量藍色斑點的圖片呢?你可能已經想到了，這是由一場短暫的雷暴在延時照片中産生的壯觀效果，每一個藍色斑點都代表了一次閃電。當衛星在地球上快速掠過時，雷暴的位置(以及城市的燈光)在相機鏡頭中快速移動，就産生了連續的光線條紋。

在國際空間站的側面我們會得到比較平靜的景象。上圖中在微弱紅光的上方出現的模糊，這是因為國際空間站在軌道上運行時，為空間站提供動力的太陽能電池闆會移動和調整，以便最大限度地利用太陽能。

雖然天空中星光比較暗淡，但其中有一個物體非常顯眼:那就是月亮。如果我們在地球上觀察星空的時候，常常會因為大氣對月光的散射造成光污染，讓本來就很微弱的星光變的不可見！這就顯示了從太空研究天文學的巨大優勢，這也是哈勃上天的原因，為了避免地球大氣的幹擾。

地球上的旋轉星空、太空中的旋轉星空，現在你知道它們背後的科學原理了吧。

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