地球卫星：查看此刻的轨道与过境

你看到的是什么

晴朗的傍晚，日落一小时后抬头看，等上几分钟。迟早会有一颗暗淡的星开始移动，不闪烁地划过天空，又在半途暗下去。那是一颗卫星。上面究竟有多少颗，为什么有些看得见，有些看不见？

本展品将公共轨道目录中的每颗在役卫星，沿各自轨道画在被照亮的地球周围。2026 年 10 月 20 日 06:32 UTC，目录的在役卫星列表共有 16,768 个物体。舞台随时钟推进它们的位置，你可以看国际空间站用一个半小时多一点绕行一周，看一列刚发射的 Starlink 卫星结伴飞行，也可以让相机随地球转动，直到地球静止卫星在赤道上空的一圈轨道上完全停住。

舞台顶部有六个场景。「此刻」显示全部卫星。「我的天空」把你放在自选地点的地面，显示当时哪些卫星在地平线上方，以及其中哪些可能用肉眼看见。「高度」有一颗测试卫星，你可以将其轨道从 160 km 升到月球以外，感受高度如何决定绕行周期。「轨道」按轨道类型为同一批卫星着色。「碎片」显示四次解体留下的碎片，以及对小到雷达无法探测的碎片的估计。「自 1957 年起」则从斯普特尼克 1 号到现在，逐年回放所有曾被编目的有效载荷。

舞台下方有十一项挑战、含 46 个条目的卫星图鉴、20 项隐藏发现、纠正常见误解的卡片、逐项标注来源的数据表，以及此刻你所在城市上空的物体列表。

最初十秒

展品打开时，视点靠近地球边缘。亮点是受到阳光照射的卫星，较暗的点则已进入地球阴影。画面中央附近，一小列画得稍大的光点结伴移动。这是快照中最新发射的一批 Starlink：27 颗卫星于 2026 年 10 月 13 日由一枚火箭释放，比数据采集早一周。几秒后，相机拉远，队列消失在数千颗卫星形成的云中。

时钟以 ×120 起步，因此屏幕上的一秒相当于轨道上的两分钟。即便一颗 500 km 高的卫星以超过 7 km/s 的速度移动，在这一视距下，真实速度仍慢得让眼睛难以察觉它穿过屏幕。底部的速度按钮可在实时、×120 与 ×1000 之间切换，「时间速度」控件最高可达到约四千倍。

位置数据从哪里来

没有人能同时看到所有这些卫星。我们有的是一份目录。美国太空军用雷达和望远镜跟踪在轨物体，并以轨道根数集发布轨道：六个数描述轨道，另有几个数描述轨道如何变化。T. S. Kelso 自 1985 年运营的 CelesTrak 网站以多种格式向公众转发这些根数集，并将它们分成在役卫星、空间站、GPS、特定事件的碎片等组别。

本展品于 2026 年 10 月 20 日 06:32 UTC，从 CelesTrak 一次性下载了在役卫星组、四个碎片组和少量单独物体的数据，并与页面一起保存。页面本身不会向外部发送请求。因此，舞台角落的标记带有日期：位置由你的浏览器根据这份快照计算。对大多数卫星，一两天内的位置误差只有几 km。一两周后，个别卫星会偏离快照预测的位置，因为真实轨道受到根数集无法预见的因素推动：推进器、高层大气变化，以及太阳和月球的微弱作用力。如果打开页面时快照已超过三天，舞台会显示快照采集日与当前钟表时间相同的时刻，并明确注明。

目录还有第二个文件 SATCAT，为每个曾被编目的物体保存一行：名称、所有者、发射日期、已坠回物体的衰减日期，以及最后已知的近地点、远地点和倾角。快照采集日，该文件有 71,088 行，其中 35,047 个物体仍在地球轨道上。「自 1957 年起」场景及舞台下方的大部分计数都来自这个文件。

轨道根数集说明什么

轨道根数集用紧凑的形式描述空间中的一个椭圆以及一个时刻。六个数确定轨道。平均运动表示卫星每天绕行多少周；快照采集日，国际空间站为每天 15.489 周。偏心率表示椭圆有多扁长，从圆的 0 到很长椭圆所接近的 1。倾角是轨道相对赤道的倾斜程度：国际空间站为 51.6°，经过两极附近的卫星约为 98°。升交点赤经表示轨道向北穿越赤道时，相对于恒星的交点方向。近地点幅角表示轨道最低点位于轨道的哪一处。平近点角表示在历元，也就是根数集描述的时刻，卫星沿轨道位于何处。

另有两个数对低轨卫星很重要。称为 B* 的阻力项描述稀薄的高层大气对卫星的制动强度。历元则是时间戳。这份快照中国际空间站根数集的历元为 10 月 19 日 18:10:54 UTC，比下载时间早约十二小时。

SGP4：从六个数得到位置

要取得任意时刻的位置，需要轨道外推器：一组从历元向前推算轨道的公式。目录中的根数集专为一种称为 SGP4 的外推器制作。Felix Hoots 和 Ronald Roehrich 于 1980 年在 Spacetrack Report No. 3 中发表了它。2006 年，David Vallado、Paul Crawford、Richard Hujsak 和 T. S. Kelso 发布了修正版及说明文档，还附有任何实现都应能复现的测试用例。

SGP4 不是对卫星所受作用力的完整模拟。它是解析模型：用闭合公式描述地球扁率和大气阻力的主要影响；对周期超过 225 分钟的轨道，还描述太阳与月球的引力。由于根数集正是用同一个模型拟合的，用 SGP4 读取才能得到它们所能提供的最佳位置。即便其他外推器更详细，用它处理这些数反而会得到更差的结果。

本展品显示的数值，包括角落里的国际空间站位置、点按光点弹出的详情卡，以及你所在城市上空的卫星列表，都来自 SGP4。所用代码为 satellite.js 7.1.0，是采用 MIT 许可证的开源 JavaScript 版本。代码已对照 Vallado 及同事发表的测试用例运行，其中包括目录编号 5 的先锋 1 号卫星，结果在十万分之一 km 的精度内相符。

第二项核对是把快照时刻的国际空间站位置，与一个使用自有根数集和代码的独立公共跟踪网站比较。两个位置在南纬 6.53°、西经 90.81°、高度约 420 km 处，相差 0.91 km。

舞台如何绘制上万颗卫星

每秒为一万个物体运行 60 次 SGP4，会占去手机大量计算时间。舞台对光点使用计算量更小的办法。每个光点向图形芯片携带自己的轨道信息：椭圆大小和形状、倾角、交点、近地点，以及参考时刻沿轨道的位置。芯片上的一个小程序在每一帧为每个光点求解开普勒方程。为避免轨道逐渐过时，光点还带有地球赤道隆起引起的缓慢轨道转动：对多数轨道，交点缓慢西移，国际空间站约为每天 4.9°；近地点则在轨道平面内转动。

这是一种简化，测量能说明其代价。国际空间站光点在快照时刻距 SGP4 位置 11.4 km，一天后为 18.0 km，三天后为 50.7 km。在 318 个物体的样本中，一天后偏差的中位数为 13.7 km。对于直径 12,742 km 的地球，在大多数缩放级别，这不到一个像素。当精度重要时，例如显示过顶列表时，展品会改用 SGP4。

究竟有多少颗卫星？

答案取决于你统计什么，以及采用谁的统计，不同来源相差超过两倍。

这份快照的 CelesTrak active 列表有 16,768 个物体。该列表旨在收录根据行为和公开信息判断仍在工作的卫星。同一天的完整目录 SATCAT 中，地球轨道上有 20,157 个有效载荷，不论是否仍工作；另有 2,295 个火箭体、12,540 块编目碎片，以及 55 个类型未知的物体。

欧洲空间局的空间碎片办公室保有自己的统计。2026 年 7 月 31 日，该办公室报告，曾送入轨道的约 27,490 颗卫星中，约 18,850 颗仍在太空，约 15,900 颗仍在工作；监测网络定期跟踪的物体约为 47,140 个。

忧思科学家联盟多年来运营一个知名的在役卫星数据库。最后一次更新的数据截至 2023 年 5 月 1 日，列有 7,560 颗。此后该组织暂停更新，因此这个数属于它对应的日期，不应与今天直接比较。

这些统计并没有哪个是错误的。它们的日期、对「工作中」的定义，以及是否在物体完全编目前就计入，均有不同。舞台下的数据表为每项统计注明来源。

每三颗就有两颗：Starlink

16,768 颗在役卫星中，11,150 颗属于 SpaceX 的互联网网络 Starlink，也就是每三颗中有两颗。接下来的几个大星座小得多：OneWeb 有 651 颗，Amazon 的 Kuiper 有 391 颗，中国的千帆和国网分别有 257 颗和 234 颗。

舞台上的 Starlink 按钮只显示这些卫星。大多数运行在约 460 至 480 km 高的轨道壳层中，轨道平面相对赤道倾斜 43°、53°、70° 和约 97°，从而覆盖世界上大多数有人居住的地区。这些平面呈现为弯曲的金色光点带，尤其在高速播放时，每个平面都变成一条线。

为减轻页面负担，舞台每三颗 Starlink 卫星画一颗，每两颗 OneWeb 卫星画一颗，并按目录编号选择，避免偏向任何壳层。最新三次发射的 Starlink 全部绘出。舞台上的计数始终为完整数量，仅光点被抽稀。总计绘出 9,063 颗在役卫星，代表全部 16,768 颗。

为什么最新的 Starlink 像列车

猎鹰 9 号在约 280 至 350 km 的低轨一次释放一叠 Starlink 卫星。刚释放后，它们只缓慢分散，全在同一平面中前后相随。从地面暗夜中看，像一串珠子穿过天空，因此多次发射后都出现过关于奇怪亮光的报告。天文学家 Jonathan McDowell 在 2020 年对 Starlink 卫星群的研究中描述了这一模式：卫星维持数天的队列，再用推进器升到工作高度，这需要几周；随着各颗卫星按自己的进度移动，队列逐渐散开。

快照中，10 月 13 日发射的最新一组仍在约 290 至 310 km 高度，分成两团。展品的开场镜头对准较大的一团。9 月 20 日和 28 日发射的两组较老卫星更高，约为 360 km 和 345 km，已分布到各自轨道的四周。

国际空间站

国际空间站是轨道上最大的结构，两端相距约 109 m。自 2000 年 11 月起，上面一直有人生活。快照中，它在 415 至 424 km 高度、倾角为 51.6° 的轨道上运行，每 92.97 分钟一周，速度为 7.66 km/s。

倾角决定能在哪里看到它。倾角为 51.6° 的轨道只能到达赤道以北和以南 51.6°，不能更远。从北纬 37.6° 的首尔看，国际空间站可以从正头顶经过。从约北纬 52° 以北的地点，例如苏格兰北部或阿拉斯加，它永远不会经过正头顶，而是出现在南方较低的天空，NASA 的 Spot the Station 指南也有说明。

国际空间站还会躲避碎片。若预测一个被跟踪的物体将从数 km 内经过，且碰撞概率超过 1/10,000，空间站通常会启动推进器。NASA 的轨道碎片办公室在常见问题中统计，自 1999 年起有 41 次此类机动；例如，2025 年 4 月 30 日，一艘进步货运飞船点火 3 分 33 秒，使空间站避开一枚 2005 年发射的中国火箭的碎片。

另有一些物体与空间站同行。停靠的载人龙飞船、联盟飞船和进步飞船等各自都有目录条目，并随它一起运动。在「此刻」场景中，它们与国际空间站的光点重合。

天宫与其他载人飞船

中国的天宫空间站自 2021 年起有人驻留。快照中，它运行在 384 至 386 km 高度，比国际空间站略低，轨道倾角为 41.5°，因此到不了北欧的纬度。其周期为 92.25 分钟。一艘神舟载人飞船和一艘天舟货运飞船停靠在站上。

舞台的载人筛选只显示空间站及其飞船。这个集合很小，只有 15 个物体，很适合观察两座空间站的飞行高度有多接近、倾角又有多不同。

高度决定绕行周期

为什么国际空间站一个半小时绕行一周，而赤道上空的气象卫星却要一整天？1619 年，Johannes Kepler 发现，行星公转周期的平方随其到太阳距离的立方增长。后来 Isaac Newton 解释了原因，相同规律适用于任何绕地球运行的物体：

T = 2π √(a³ / GM)

这里 a 是轨道半长轴，对圆轨道而言就是地球半径加高度；GM 是地球引力参数，采用 IERS Conventions 的数值 398,600.4418 km³/s²。用国际空间站试算。高度为 420 km，赤道半径为 6,378.137 km，因此 a = 6,798.137 km。于是 a³ = 3.1417 × 10¹¹ km³，a³/GM = 788,190 s²，平方根为 887.8 s，乘以 2π 得 5,578 s，即 92.97 分钟。目录中国际空间站自身的平均运动也给出相同结果：1,440 分钟除以 15.489 周，等于 92.97 分钟。

「高度」场景让你将一颗测试卫星从 160 km 升到月球以外。角落和标签上会显示绕行周期，以及速度、每天周数和每圈在地球阴影中停留时间的最大比例。可以试试这些高度：

• 420 km：92.97 分钟，每天 15.4 周。
• 20,200 km：约 12 小时，每天两周。这是 GPS 卫星运行的高度。
• 35,786 km：23 小时 56 分 4 秒，地球每自转一周，卫星绕行一周。
• 377,900 km，即月球平均距离减去地球半径：27.45 天。

最后一个数有意保留一点偏差。月球相对于恒星的实际周期是 27.32 天。上述公式将月球视作没有质量，但月球的质量为地球的 1.23%，两个天体都有引力。将两个质量之和代入 GM，公式给出 27.29 天，接近实测值。

为什么越高越慢

直觉上，较远的卫星似乎应当更快，好像需要更大速度才能留在上面。实际恰恰相反。圆轨道的速度为 √(GM/r)：越远，速度越慢。国际空间站为 7.66 km/s，GPS 卫星为 3.87 km/s，地球静止卫星为 3.07 km/s，月球约为 1 km/s。

较高轨道不仅更慢，也更长，因此周期增长得比距离更快。到地心的距离加倍，周期会变为 2.8 倍，因为 2³ = 8，√8 = 2.8。

绕着地球下落

卫星不是因为重力消失才漂浮。在国际空间站的高度，重力仍约为地面的 88%：地球平均半径为 6,371 km，因此比值为 (6,371 / 6,791)²，即 0.88。空间站一直在下落，同时以 7.66 km/s 横向运动；在这一速度下，地面在其下方弯曲着远离的速度，恰好与它下落的速度相同。乘员感到失重，是因为他们与空间站一起下落。

这就是 Newton 画在山顶上的大炮所表达的想法。把炮弹越打越快，落点就越来越远；达到合适速度时，地面在它下方弯曲着远离的速度恰好等于其下落速度，它便永不落地。该速度取决于高度，这又回到了上面的公式。

低轨与最拥挤的高度层

16,768 颗在役卫星中，有 15,955 颗，即 95%，在近地轨道运行。本展品将其定义为周期短于 128 分钟，大致低于 2,000 km。抵达低轨成本较低，距离足以让小型相机和快速无线电链路工作，并在一个方面较易清理：那里的稀薄空气会在数年内将失效卫星拖下来。

「高度」场景的图表按 100 km 分段统计在役卫星。有一个分段远高于其他分段：400 至 500 km 之间有 10,590 颗卫星，接近全部在役卫星的三分之二。大部分为 Starlink。接下来最繁忙的是 500 至 600 km，共 1,681 颗，以及 OneWeb 所在的 1,100 至 1,200 km，共 544 颗。

2025 年的 ESA Space Environment Report 指出了同样的变化：越来越大比例的星座卫星运行在 500 km 以下，阻力可更快清除失效卫星。报告指出，在 550 km 区域，构成威胁的碎片物体数量如今已与在役卫星处于同一数量级。

跟随太阳作息的轨道

许多地球观测卫星的倾角约为 98°，以略向后倾的轨道经过两极。例如，快照中的 Landsat 9 在 702 km 高度运行，倾角为 98.22°。这个倾角经过精心选择。地球隆起使每个轨道平面缓慢转动；对于倾角略大于 90° 的轨道，转动方向向东。合适的倾角使其每天转动 0.9856°，一年整整一周，从而保持轨道与太阳同步。这类卫星每天在相同的当地太阳时经过各纬度，因此影像的光照和阴影总是相近。

展品的轨道代码可以利用推动光点的同一个隆起项计算这一倾角。对高度为 700 km 的轨道，计算结果为 98.19°，与 Landsat 9 的数值仅差百分之几度。

中轨：导航卫星

低轨与地球静止卫星带之间是一大片卫星稀少的区域，在役卫星只有 186 颗。大部分为导航卫星。GPS.gov 将美国系统描述为：卫星位于约 20,200 km 高度，每天绕地球两周，分布在六个轨道平面内，截至 2023 年 7 月有 31 颗工作卫星（快照的在役列表中有 40 个名为 NAVSTAR 的物体，包括备份星）。俄罗斯的 GLONASS 稍低，快照中约为 19,100 km；欧洲的伽利略稍高；中国北斗则混合使用中轨、地球静止轨道和倾斜的 24 小时轨道。

舞台上有个容易忽略的细节。在「轨道」场景中，这些系统的绿点形成稀疏壳层，远在低轨密集的蓝色薄雾之外。手机若要同时看到四颗卫星，就需要这样展开的星座：高度足以看见地球大部分区域，轨道平面也足够多，确保始终有卫星在地平线上方。

地球静止卫星带

赤道上方 35,786 km 处，绕行一周恰好等于地球相对于恒星自转一周：23 小时 56 分 4 秒。ESA 的解释是：这里的卫星沿赤道从西向东飞行，与地球自转同步，看起来就静止在某个地点上空。地面的碟形天线只需对准一次，之后就不必移动。

在「轨道」场景中，在役列表中的 575 颗地球静止卫星形成细环。按下「随地球转动」，相机便开始跟随地球转动。环静止下来，其他物体则快速掠过。卫星并没有停下：每颗都以约 3.07 km/s 的速度，沿周长 265,000 km 的圆运行。

你可以在环上找到韩国的气象卫星。GEO-KOMPSAT-2A，又称千里眼 2A，快照中位于东经 128.27°、纬度 0.00°，与其东经 128.2° 的轨位相差不到 0.15°。

大椭圆轨道

对于遥远的北方地点，地球静止卫星在地平线上的位置太低，会被建筑和山丘遮挡。1960 年代建造闪电通信卫星的苏联工程师选择了另一种轨道：倾角 63.4°、周期半天的大椭圆。NASA 的轨道目录给出的偏心率为 0.722。卫星快速经过南半球上空的低点，在每圈约三分之二的时间里停留于北方高空，运动缓慢，几乎像一颗高纬度的地球静止卫星。

63.4° 的倾角不是随便选的。对多数倾角，地球隆起会使椭圆在其平面内缓慢转动，远地点便会向南漂移。只有在 63.4°，这种转动才停止。Kidder 和 Vonder Haar 在 1990 年关于将闪电轨道用于气象观测的文章中，给出的周期为 717.74 分钟，远地点高度约为 39,750 km。

快照中的俄罗斯通信卫星子午线 7 号就采用这种轨道：每圈 717.83 分钟，倾角为 63.45°，高度介于 2,635 与 37,722 km。在「轨道」场景中用粉色线条绘出；在「随地球转动」视图中，你可以看它悬留在北方上空。

遥远的卫星

少数卫星运行得更远。NASA 搜寻行星的望远镜 TESS 在约 119,000 至 364,000 km 之间往返，几乎达到月球的距离。其轨道周期被设计为月球月的一半，即 13.7 天，使月球引力维持其稳定，而不是将其扰离；Ricker 及同事在 2015 年描述了这一设计。快照中，其周期已增长到 14.2 天。

1999 年发射的钱德拉 X 射线天文台最远到约 136,000 km，约为地月距离的三分之一，并每隔 2.6 天返回 12,600 km 处。同样在 1999 年发射的 ESA XMM-Newton，周期略短于两天。NASA 的四艘 MMS 航天器编队飞行，最远到 171,000 km，研究地球磁场如何连接与断开。

想看它们，可打开「轨道」并大幅缩小视图。它们的粉色椭圆轨道让地球静止卫星环显得很小。

你的天空

「我的天空」场景会在你所选地点的地面放置一个表面光滑、没有五官的人形，并在上方画出天空穹顶。舞台为每颗卫星计算观测方向：方位角，即从北经东测量的罗盘方向；以及仰角，即高于地平线的角度。

计算分三步。首先，利用地球的 WGS 84 形状，把地面地点转换为空间中的点。再将地球转到时钟对应的恒星时，使该地点在卫星之间处于实际方位。最后将从你到卫星的连线分解为东、北、上三个分量，便得到两个角。

穹顶不按比例绘制。你头顶 420 km 高的卫星和 35,786 km 远的卫星都画在同一穹顶上；只有方向是真实的。舞台下的列表会给出距离。

你可以选择城市、输入经纬度，或让浏览器提供位置。所有这些信息都不会离开页面：选择仅保存在你的浏览器中。

什么时候能看见卫星

卫星没有亮到足以从地面看见的灯光。我们靠反射的阳光看见它们，就像月球。因此必须同时满足两个条件。你的天空必须已暗下来，展品以太阳在地平线下超过 6° 为标准。卫星则必须仍受阳光照射，位于地球阴影外。

日落后不久，这种组合很常见。地面已在阴影里，但几百 km 高的卫星仍能看见地平线上的太阳。随着夜色加深，地球阴影升过天空，接近午夜时，多数低轨卫星都在阴影内。NASA 的 Spot the Station 指南说得很直接：所有能看见国际空间站的时段，都在日出或日落前后的几小时内。

在「我的天空」中按下「日落后」，时钟就会跳到你所在地的傍晚暮光时段。受光的亮点现在映衬着暗下来的天空，读数会统计它们。但并非全都实际可见：亮度还取决于大小、阳光角度和卫星距离，多数小卫星对肉眼而言太暗。列表只标记满足几何条件的物体：仰角超过 10°、距离小于 2,000 km、受到阳光照射，且天空已暗；它不判断实际亮度。导航卫星和地球静止卫星可能整夜受光，但数万 km 的距离让它们远远暗于肉眼可见的程度。

每圈运行中的地球阴影

在「此刻」中开启「地球阴影」，阴影中的每颗卫星都会变暗。展品将阴影模拟为直径与地球相同、背向太阳延伸的圆柱体；对于低轨物体，进入和离开阴影时刻的精度可达几秒。

低轨卫星会在黑暗中停留多久？当太阳位于半径为 r 的圆轨道平面内，暗弧对应的角度为 2 × arcsin(R/r)。对国际空间站，r = 6,798 km，因此为 2 × arcsin(0.938) = 139.5°，即每圈的 38.8%：92.97 分钟中有 36 分钟。当太阳远离轨道平面，黑暗所占比例会缩小，某些季节国际空间站能连续数天受到阳光照射。较高轨道在阴影中停留更短；地球静止卫星只在春分秋分前后穿过阴影，每天最多约 70 分钟，将 r = 42,164 km 代入同一公式即可得到。

哪些物体被跟踪

碎片是轨道上不再发挥作用的物体，包括失效卫星、耗尽的火箭级，以及爆炸和碰撞产生的碎片。快照采集日，公共目录列有 12,540 块编目碎片和 2,295 个在地球轨道上的火箭体。ESA 统计，监测网络定期跟踪约 47,140 个物体，并估计自 1957 年以来已发生超过 660 次解体、爆炸、碰撞或其他碎裂事件。

速度使碎片变得危险。NASA 的轨道碎片办公室给出的低轨速度为 7 至 8 km/s，两物体平均撞击速度约为 10 km/s，最高可达 15 km/s。在这种速度下，约一 cm 的碎片就可能使卫星失效。

「碎片」场景显示四次事件的碎片，全部来自目录中的碎片组，按事件着色，在役卫星则在后方淡化显示。

风云一号 C 星，2007 年

2007 年 1 月 11 日，一枚中国导弹击中了已退役气象卫星风云一号 C 星。该星运行在高度 845 至 865 km、倾角 98.6° 的近极轨上。NASA 的 Orbital Debris Quarterly News 称其为 50 年来对低轨最严重的单次污染。碎片云从 200 km 延伸到超过 4,000 km，大部分碎片被抛入会持续数十年或数百年的轨道。NASA 估计，不小于 1 cm 的碎片可能多达 35,000 块。

公共目录列有风云一号 C 星的 3,534 块编目碎片。近 20 年后的快照采集日，其中 2,314 块仍在轨道上。「碎片」场景中的红点，是其中有当前根数集的 1,978 块。

铱星 33 与宇宙 2251，2009 年

2009 年 2 月，两颗完整卫星首次意外相撞：一颗是仍在工作的通信卫星铱星 33，另一颗是俄罗斯已失效的宇宙 2251。NASA 的轨道碎片办公室报告，碎片主要聚集在接近 800 km 的区域，那里有许多通信和地球观测卫星，但碎片云覆盖 200 至 1,700 km。宇宙 2251 产生的碎片约为铱星 33 的两倍，接近两者的质量比。

目录列有宇宙 2251 的 1,716 块碎片，以及铱星 33 的 656 块。其中，快照时分别仍有 610 块和 115 块在轨。

宇宙 1408，2021 年

2021 年 11 月 15 日，俄罗斯用导弹摧毁了自己已失效的宇宙 1408 卫星。卫星飞行高度约为 480 km，因此碎片起初接近国际空间站的高度，空间站不得不避开这团碎片云。NASA 的轨道碎片办公室在 2022 年 3 月的通讯中描述了这一事件。

目录列有 1,806 块碎片。快照采集日还剩 4 块。480 km 处的高层大气足够稠密，能在数年内将多数碎片拖下来。「碎片」中的紫点几乎全都消失了：低轨可以自行清理。

无人能跟踪的小碎片

低轨中的雷达和望远镜能捕捉到小至约 10 cm 的物体。更小碎片的数量来自统计模型，依据包括返回硬件上的撞击痕迹、专门雷达观测和解体模拟。ESA 的 MASTER-8 模型采用 2026 年 2 月的参考物体群，估计大于 10 cm 的物体约有 68,450 个，1 至 10 cm 的约有 150 万个，1 mm 至 1 cm 的约有 2.3 亿个。

「碎片」场景中的「小到无法跟踪的碎片」按钮会为舞台添加灰色物体云。这是模型，展品也明确标出。每个灰点代表 150 万块中的 100 块。轨道复制自已跟踪的低轨物体，方向和位置随机，因此物体云具有与被跟踪物体群相同的高度分布。碎片究竟在哪里，无人知道。

碎片能在上面停留多久

高度决定停留时间。NASA 的轨道碎片办公室表示，600 km 以下的碎片通常会在数年内坠回地球。800 km 高度的衰减通常需要数百年，1,000 km 以上则需一千年或更久。地球静止卫星带完全没有空气，失效卫星若不被移动就会一直留下，因此运营商会在寿命结束时将它们抬高数百 km，送入墓地轨道。

规则已经收紧。美国联邦通信委员会于 2022 年采用规定，要求其许可的低轨卫星在任务结束后五年内离轨，而非以往的 25 年。ESA 的 2026 年报告指出了成效：每天约发射十个物体、超过三个完整物体再入大气，如今更多卫星会在寿命结束时主动坠回。

凯斯勒综合征

1978 年，NASA 的 Donald Kessler 和 Burton Cour-Palais 提出了一个问题：随着卫星数量增多，会发生什么？他们的答案是，碰撞最终会以快于阻力清除的速度制造碎片，而这些碎片又会引起更多碰撞。一条碎片带会在地球周围自行增长。

ESA 的 2025 年报告表示，科学界已达成共识，某些区域已经越过这一临界点：即便不再发射，碎裂新增碎片的速度仍会超过再入大气的速度。报告得出结论，需要主动移除碎片才能停止增长。级联过程会多快让轨道无法使用，各方意见不一；模型取决于未来发射增加多少物体，以及运营商遵守规则的程度。

自 1957 年起

1957 年 10 月 4 日，苏联发射斯普特尼克 1 号。这颗抛光球体直径为 58 cm，质量为 83.6 kg，绕行周期约为 98 分钟。三个月后，它坠回地球。1957 年底有两个有效载荷在轨；斯普特尼克 2 号于 11 月加入。

「自 1957 年起」显示 27,561 个有效载荷，即公共目录中所有曾绕地球运行、且近地点和远地点已知的有效载荷。年份滑块显示每年年底仍在轨的物体。目录提供轨道大小、形状和倾角，但不提供卫星当时的位置，因此方向和沿轨道的位置是随机的。物体云的形状是真实的，单个光点的位置则不是。

旁边的图表给出在轨有效载荷的精确数量：

• 1970 年：457
• 1990 年：1,943
• 2000 年：3,215
• 2010 年：3,882
• 2019 年：5,526
• 2020 年：6,645
• 2023 年：12,464
• 2025 年：17,552
• 2026 年 10 月 20 日：20,303

60 年间，数量每年约增长一百个。随后出现跃升。2019 年发射了 453 个有效载荷，2020 年为 1,235 个，2025 年为 4,492 个，大部分为 Starlink。从 2019 年底到快照采集日，在轨有效载荷数量变为原来的 3.7 倍。

仍在轨的最古老卫星不是斯普特尼克，而是 1958 年 3 月 17 日发射的先锋 1 号，NASA 称它为绕地球运行的最古老人造物体。它也是首颗使用太阳能的卫星。快照中，它在 651 至 3,819 km 之间绕行，最低点也足够高，空气几乎碰不到它。

你的生日

在实验室输入生日，展品就会用同一目录查询当月第一天有多少有效载荷在轨。它还会告诉你出生年份发射了多少个，以及现在是当时的多少倍。1990 年 1 月出生的人开始人生时，头顶约有 1,800 颗卫星。2020 年 1 月出生的人头顶不到 6,000 颗。今天则超过 20,000 颗。

天文学家与明亮卫星

卫星越多，望远镜长曝光影像中的条纹就越多。欧洲南方天文台的 Hainaut 和 Williams 于 2020 年估算大型星座经过 ESO 望远镜影像的频率，发现曙暮光时段影响最强：低轨卫星受光而天空已暗，恰是「我的天空」显示的条件。Tyson 及同事为 Rubin Observatory 模拟了这一问题；该台的广角相机每隔几晚就能拍遍整个南方天空。他们发现，降低卫星亮度与仔细安排观测可减轻损害，却无法消除。NOIRLab 与美国天文学会于 2020 年举办的 SATCON1 研讨会，为运营商和天文台汇总了建议。

空间天气

太阳可能让卫星坠落。2022 年 2 月 3 日，SpaceX 将 49 颗 Starlink 卫星发射到近地点约为 210 km 的低初始轨道。2 月 3 日和 4 日的一场中等强度地磁暴加热并膨胀了高层大气，增加阻力。49 颗中有 38 颗未能爬升到工作高度，在几天内再入大气。Dang 及同事从太阳耀斑和日冕物质抛射一路追踪这一事件对大气的影响；NOAA Space Weather Prediction Center 的 Fang 及同事则估算了沿卫星路径的大气密度增幅。

舞台体现了这一教训：最低的卫星，例如最新的 Starlink 列车，最容易受空气影响。

轨道上的韩国卫星

公共目录列有韩国拥有的 96 个有效载荷，快照采集日其中 85 个仍在轨道上，不论是否仍工作。首颗为 KITSAT-1，即 Uribyol 1，于 1992 年 8 月 10 日发射。「此刻」场景的「韩国」按钮会突出显示在役列表中的韩国卫星。包括地球静止轨道气象卫星 GEO-KOMPSAT-2A、它的海洋与空气质量观测姊妹星 GEO-KOMPSAT-2B、Koreasat 广播卫星、KOMPSAT 地球成像卫星，以及小型 NEONSAT 卫星。

模型与现实有何不同

舞台简化了部分内容，应当明确说明。

• 光点用开普勒定律和隆起项移动，而非完整 SGP4。上文已测量偏差：一天后，一半卫星的偏差约为 14 km。
• Starlink 每三颗显示一个光点，OneWeb 每两颗显示一个。最新三次 Starlink 发射及所有其他卫星完整显示。
• 快照只对应一个时刻。之后进行了机动的卫星位于快照所预测的位置，而非实际位置。
• 地球阴影是圆柱体。真实阴影有柔和的边缘，即半影，大气还会将阳光折射进去，因此进入与离开是渐变的。
• 「可见」只表示几何条件。亮度取决于大小、形状、反射率和角度，目录并不提供这些信息。
• 灰色碎片云是 ESA 模型的估计，放置在复制的轨道上。
• 「自 1957 年起」中，各轨道上的位置是随机的。
• 卫星画成几个像素宽的光点。按舞台比例，宽 109 m 的国际空间站将不到千分之一像素。
• 地球地图基于粗略的公共陆地轮廓绘制，经过平滑处理，并加入虚构云层。

导览与实验室

面板中的导览共有 14 步，从 Starlink 列车开始，经过国际空间站、阴影、你的天空、三个高度上的开普勒定律、轨道类型与静止的卫星带，再到碎片云和从 1957 年开始的回放。每一步都会设置舞台，你可以随时停下环顾。

舞台下的实验室有地点和生日面板、用 SGP4 计算的所在地上空卫星列表、十一项挑战、数据表、分八组收录 46 个条目的卫星图鉴、隐藏发现，以及纠正常见误解的卡片。星标、发现和图鉴条目保存在你的浏览器中。