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专栏 | 一颗流星的一生

2017-03-21 07:25     国内     来自:牛人趣事

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作者:沈环宇

编排:冯中


每年八月的夜晚,银河高悬,闻草虫鸣,清凉无限。身处这一幕总让人忍不住想起郭沫若的那首小诗:《天上的街市》。远远的街灯明了,好像闪着无数的明星。天上的明星现了,好像点着无数的街灯……


在我国许多的民间传说里,牛郎和织女这对苦命的天地夫妻只能在每年农历七月初七这天相会于鹊桥。如今,这一天已经被许多年轻人当作我国传统的“情人节”来过。这有点不妥,至少其背后的寓意不太好。然而凑巧的是,农历七月初七这天同公历8月初常常是吻合的,而每年此时的夏季夜空中会固定上演一场浪漫的流行雨天象,引得众多当季情侣借机共度良宵。当然这仅仅是个巧合,并非上天有意安排。就在200多年前,十九世纪的时候,这场被称作英仙座流星雨的天象还是在8月10号左右迎来自己的极大。又因为每年8月10号这天恰逢西方洛朗圣神的节日,因而这场流星雨又被称为“圣洛朗的眼泪”。如今,由于地球轨道的岁差现象,这一日期已经延后至12或者13号了。


图1:美国沙斯塔山上的英仙座流星雨。这是一幅用广角镜头拍摄的照片,从中可以看到大量流星从天空中的一点迸发出来。对于英仙座流星雨来说,这一点便位于英仙座内。这不过是一种透视效果,好比笔直的公路或者规整的田畦伸向远方。这些流星都是相互平行地进入地球大气层。另外,这张照片还经过了后期加工,将一段时间内出现的流星合成于一张照片中。这是一种常见的后期处理手法。现场的观感远没有照片所呈现的那般震撼。

图片来源:每日天文一图(APOD)


有许多人以为流星雨是某种罕见的天文现象。这当然是一种误解。实际上,由于地球总是沿着一条相对固定的椭圆轨道周而复始地围绕太阳公转,有几场流星雨是每年夜空里的常客。它们分别是:1月初的象限仪座流星雨,4月中下旬的宝瓶座η流星雨,8月中上旬的英仙座流星雨,11月中旬的狮子座流星雨以及12月中上旬的双子座流星雨。其中双子座流星雨的流量最大,每一年的表现也相对稳定。只是初冬夜晚的气温实在难熬,观赏的舒适性欠佳。英仙座流星雨的流量次之,每一年的表现同样稳定。加之适逢暑假,颇受孩子和家长们的欢迎。象限仪座流星雨的流量同样可观,只是它发生的时间也是深冬,且极大持续时间短,通常只有数个小时。错过高峰时段后的表现便差强人意。狮子座流星雨堪称“流星雨之王”,它在2001年和2009年的狂野表现曾一度惊艳了无数熬夜守候的观赏者。不过,狮子座流星雨每一年的表现相当不稳定。平常年份的流量总是非常小,而某些年份则会达到暴雨级别。另外,狮子座流星雨的峰值预报一直是一项世界级难题,许多知名的流星雨预报团队给出的时刻表常常是相互矛盾的。作为普通的观赏者,最保险的做法自然莫过于一直蹲守在那里,等候奇迹出现。宝瓶座η流星雨的流量相比前几个要少很多,不适合第一次观赏流星雨的新手。但近几年有媒体为了吸引眼球,年年借机炒作它,引得许多对流星雨天象不甚了解的普通民众盲目观赏,其结果自然是有了一些不太好的体验。希望那些曾经被无知媒体误导的读者能通过本文对流星雨天象有一个再认识。


关于普通民众间广为流传的流星雨误区,这里首先需要纠正的一个就是:究竟什么样的天象才是天文学家口中所说的流星雨?必须承认,许多不明看官都被“流星雨”这个词给误导了,以为那种“星陨如雨”的景象才算是流星雨。当然,历史上的确曾发生过多次“星陨如雨”的骇人天象。比较近的有1966年11月18日美国中西部的狮子座流星暴雨,每小时约有10万颗流星从天而降;1872年和1885年曾两度出现了很美丽的仙女座流星暴雨,期间每小时的流量都有1.5万—2.3万颗之多;1833年11月的狮子座流星暴雨,每小时3.5万颗流星的高峰期持续了大约9小时,期间每一位观测者都能欣赏到24万颗流星划过夜空的壮观景象。若往前追溯,中国的史籍《春秋》,在公元前687年已有关于流星暴雨的确切记载:鲁庄公七年四月辛卯夜中,星陨如雨。


图2:十九世纪的木刻作品,再现了1833年11月那场罕见的狮子座流星暴雨的壮观景象。在波士顿观测的天文学家奥姆斯特德(Olmsted)把这阵流星雨比作大雪时空气中飞舞的雪片。据说有农夫第二天好奇地去瞧了一下天空,看是不是所有的星星都落光了。

图片来源:百度百科


由此可见,流量极大的流星暴雨是一种罕见天象,人的一生中通常只有一到两次欣赏的机会。而在流量正常的夜晚,人们在一小时内往往只能收获4~6颗偶发流星,且后半夜的数目明显多于前半夜。这主要是地球公转所导致的一种淋雨效应。试想一位在雨中行走之人,其胸前所接收到的雨量一定多于后背。同样的道理,清晨6点的天顶方向正好是地球公转的正前方,因而此时的偶发流星数目也比傍晚6点多,约为后者的2倍。另外,考虑到地球在其轨道上可观的公转速度,傍晚和清晨时流星体进入大气层的平均速度也有很大不同。假设流星体的轨道速度为42千米每秒,若其在傍晚时分进入大气层,则相对速度便为12千米每秒,属慢速流星;而清晨时分的相对速度便飙升至72千米每秒,属快速流星。有过流星雨观赏经验的人能很快区分出二者,因为快速流星的出现和消失往往只有零点几秒;而慢速流星在天空中停留的时间可达一秒乃至数秒。偶发流星的第三个特点是你完全无法预估它们,包括流星出现的方位、轨迹和亮度等等。不过在另外一些时候,你会发现夜空里的流星并非杂乱无章,没有规律,因为它们轨迹的反向延长线似乎交汇于天空中一个神秘的、看不见的点(参见图1)。天文学家称它为辐射点。辐射点会在每年固定的时候向外辐射流星,活动时间从几天到几十天不等。事实上,这样的辐射点天文学家已经发现了几百个,广布于星空各处。每一个辐射点所带来的流星都被称为一个流星群,按照其所处的星座来加以命名。若同一个星座内含有一个以上的辐射点,则按照辐射点附近的星座亮星或者辐射点的相对位置进行区分。例如宝瓶座γ流星群、宝瓶座δ流星群、北金牛座流星群、南金牛座流星群等等。有时也按照流星群出现的先后顺序来命名,例如上面的宝瓶座γ流星群又称为宝瓶座I,而宝瓶座δ流星群又称为宝瓶座II,等等。由此看来,天文学家所说的流星雨并非是指流量上不凡,而是说流星轨迹在天空中的分布模式仿佛下雨一般。


图3:1972年的掠地流星。这颗不寻常的流星自地球大气中弹出,如同在平静的湖面上打水漂一样。事件发生于大白天,持续了数秒钟,据报道从美国犹他州到加拿大的亚伯达省均有人目击。上图摄于美国怀俄明州的大提顿山脉上,Jackson湖泊后方。这个巨大的火球约莫有一台卡车大小,可能会在空中爆炸,或直接撞击到地球。飞掠长空的流星很少见,但是当流星雨的辐射点刚东升或是西落时较容易发生。

图片来源:每日天文一图(APOD)


当然,相较于偶发流星,有辐射点活动的夜晚流量还是相对要高一些。天文学家使用ZHR数值来表征其大小,它的含义是当辐射点位于天顶、观察者在漆黑无月的夜晚一小时内所能捕捉到的流星总数。粗略地讲,这个数值表征了单位时间内观察者所能看到的流星数目上限,因为无论是月光,光害,建筑物遮挡,还是辐射点高度都会削弱这个数值。双子座流星雨的极大ZHR通常在120—160,英仙座流星雨的ZHR峰值约为90,而狮子座流星雨在平常年份的ZHR=15,2009年小爆发时的ZHR约为600—900。另外值得说明的是,流星雨的局部表现同观察者所在的地域是有关系的,因为人们只可能目睹天顶附近几百公里范围内的流星,再远的目标便隐没于地平线以下了。另外,同一颗流星的轨迹在不同地点的观察者眼中也是不同的(见图3,掠地流星是一种极具观赏性的现象)。这便为流星高度的测定提供了可能。就平均值来讲,亮流星往往出现在140千米高处,消失于50千米高处,所经过的路径超过300千米;而暗的流星则出现在110千米高处,消失于80千米高,路径长60千米。对于特定的流星,以上数值可以同平均值相距甚远。流星体越大,消失时的高度也越低。原始重量5公斤以上的流星体便有可能深入低层大气,甚至进入对流层。由于这里的大气密度骤然上升,许多流星体会在几千米的空中发生碎裂和爆炸,紧接着速度骤减至数百米每秒,最后化为无数陨石落至地面。有统计数据表明,地球上每天陨落的天外物质至少有5吨,每年约有2000吨。其中绝大部分降落在了海洋、山脉、沙漠等无人居住之地,少数落在了农田、村庄内,被人们拾获。至于在繁华的都市内,由于其面积比例狭小,少有相关的目击报道。



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