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流星雨

2015-2-17 08:59|查看:2197|评论:0|字体: 繁体

流星雨

1833年(右)和1866年(左)对狮子流星雨大出现

流星雨是在夜空中有许多的流星从天空中一个所谓的辐射点发射出来的天文现象。这些流星是宇宙中被称为流星体的碎片,在平行的轨道上运行时以极高速度投射进入地球大气层的流束。大部分的流星体都比沙砾还要小,因此几乎所有的流星体都会在大气层内被销毁,不会击中地球的表面;能够撞击到地球表面的碎片称为陨石。数量特别庞大或表现不寻常的流星雨会被称为"流星突出"或"流星暴",可能会每小时出现的流星会超过1,000颗以上。

辐射点

因为流星雨的粒子在天空中运行的路径是平行的,而且速度也是相同的,因此在观测者的眼中它们似乎都是由天空中一个相同的点辐射出来的,这个点就称为流星的辐射点。辐射点的产生类似于路径上的铁轨在地平线上消逝点前会聚合在一起,是一种图型上透视的效果。流星雨也总是以辐射点所在的星座来命名,这个点在天空中并不是固定不动的点,会在夜晚的天球上逐渐移动,由于地球也绕着轴自转,天上的星星一样也会逐渐的移动(每日的东升西没)。辐射点也会因为地球绕太阳的公转,在背景的星星之间每日产生些微的移动(辐射点漂移),可以参考"IMO" Meteor Shower Calendar 2007国际流星组织的辐射点漂移图。

流星雨会以高峰期最靠近辐射点,且有希腊或罗马字母名称的亮星来标式,并且将拉丁文所有格星座名称的字尾改为"id"或"ids"来称呼。因此,流星辐射点靠近宝瓶座δ星的流星雨会称为宝瓶座δ星流星雨(delta Aquariids)。国际天文联合会有一个专责的任务工作小组负责追踪流星雨和建立流星雨资料中心,并为已经被确认的流星雨命名。

流星雨的起源

流星雨

在对角线上呈现红光的是恩克彗星产生的流星体。

流星雨

拖曳在彗星73P和其碎片之间的流星体。

流星雨是行星,例如地球,和彗星的碎片流交互作用造成的结果。

彗星的瓦解和水蒸气的喷发可以拖曳和产生碎片,因此Fred Whipple在1951年提出,惠普尔发展出彗星的"脏雪球"理论:环绕太阳的彗星是冰中嵌入岩石的小天体,这些冰可能是水、甲烷、氨、或其它的挥发物单独或混合著的组合;岩石可以如同灰尘般的大小,也可以有其他如同卵石般不同的尺寸。尘粒大小的固体在数量级上是最普遍的,它们比常见的沙粒和卵石大小等等的颗粒更为常见。当这些冰因为温暖而升华时,他门的蒸发会拖曳出灰尘、沙粒、和卵石等固体。彗星在轨道上每接近太阳一次,就会有一些冰被蒸发和倾卸出一些流星体。这些流星体散开成为一个流星体流,也就是尘埃尾,沿着整个的彗星轨道周围散布著(非常小的颗粒会受到太阳的辐射压力快速的膨胀和远离,而有别于一般彗星的尘埃尾)。

近来,Peter Jenniskens质疑我们的短周期彗星流星雨不是由正常的水蒸气蒸发的活动彗星,而是由罕见的已经休眠的彗星大量瓦解和溃散的碎片。这种例子包括象限仪座流星雨和双子座流星雨,它们是来自小行星2003 EH1和法厄同(Phaethon),分别在500和1,000年前产生的碎片形成的。这些碎片倾向于快速的形成尘埃、沙粒和卵石,并且沿着彗星的轨道快速形成流星体密集的溪流,随后沿着地球的轨道发展。

流星体流的动态演化

在惠普预测尘埃粒子以非常低的速度相对于彗星运行后不久, Milos Plavec第一个提供观测流星尘的想法,当时他正计算流星体一旦脱离彗星,在自由的完整绕行轨道一周之后,多数会在彗星的前方还是后方。这种效果是单纯的轨道力学-这些物质无论是从彗星的前方或后方漂移,都只有些微的横向移动,因为这些粒子只会使轨道更为宽阔。有时可以在彗星的中红外线影像 (热辐射) 观测到这些粒子,此时的尘埃痕迹是上一回行经太阳时散布在彗星轨道上的 (见图)。

当尘埃痕迹通过地球的轨道时,行星引力的影响很像用软管将水喷洒在远方植物的园丁。多数的年度里,尘埃痕迹不会和地球交会在一起,但是在某些年地球上会出现流星雨。这种效果在1995年麒麟座α流星雨的观测首度被证实,并且也从较早但未被广泛注意到的狮子座流星暴获得验证。

在1890年代,爱尔兰天文学家George Johnstone Stoney (1826-1911)和英国天文学家Arthur Matthew Weld Downing (1850-1917),最先尝试计算流星体痕迹在地球轨道上的位置。他们研究55P/Tempel-Tuttle彗星在1866年喷出的尘埃粒子,之前预测会在1898年和1899年提升狮子座的流星雨,但最后的计算显示大部分的尘埃痕迹仍在远离地球轨道内的位置上;在德国柏林皇家天文计算机构的Adolf Berberich也独立计算得到相同的结果。虽然当时没有流星暴,证实了计算的结果,但仍然需要更多和更好的计算工具来达到更可靠的预测。

在1985年,喀山州立大学的E. D. Kondrat'eva和E. A. Reznikov 第一次正确的辨识出造成过去几个狮子座流星暴年的尘埃团块。对1999年狮子座流星暴的预测, 罗伯特·麦克诺特、David Asher,和芬兰的Esko Lyytinen 是最早使用这种方法的西方天文学家。Peter Jenniskens已经发表未来50年与尘埃尾接触,结果会是"流星暴 (meteor storms) "或"流星爆发 (meteor outbursts)" 的预测。

在长时间里,尘埃痕迹的发展是很复杂的。一种效果是彗星重复的经过轨道,而流星体会离开它们,或是与木星或其他的大行星在共振轨道上-其中一颗多次公转的次数与另一颗的公转次数相匹配。因此随着时间的推移,每经历相同的时间,将与木星 (或大行星) 有相同的位置关系,这种间歇性的相对位置,往往会将流星体保持在固定的相对位置上。这将创造出称为"filamen"的流星雨成分。

第二种效果是与一颗行星密切的接触。当流星体经过地球附近时,有些会被加速 (轨道增长),有些会被减速 (轨道缩短),结果是在下次回来时造成尘埃痕迹中的缝隙 (像打开一个窗帘,尘埃粒子的堆积会有开始和结束的空隙)。同样的,木星的摄动可以对尘埃的轨迹造成极大的改变,特别是对短周期彗星,当这些颗粒接近大行星时,通常是在远离太阳的位置上,移动得最慢的时段。结果是,痕迹会形成丛集 (clumping)、编结 (braiding)或月牙形的纠结 (tangling),而每个都拥有自己的材料。

第三种效应是辐射压,这会将质量较小的粒子推入离太阳较远的轨道,而质量较大的物体 (能成为火流星或火球的流星体) 受到辐射压的影响则较小。这会使在遭遇时尘埃痕迹有一些有明亮的流星,而有些只有黯淡的流星。 随着时间流逝,这些影响会使流星体散布成更广泛的流束。因为地球每年绕行轨道一周,因此这些流星流束会成为年流星雨,每年定期出现相同的流星雨。

当这些流星体与在黄道尘内的其他流星体相互碰撞,就会失去与流束的关联性,并成为出现在背景中的散在流星。这些与流束失联的流星体可以来自任何的流束或尘埃痕迹,但它们已经孤立不属于任何的流星雨。这些随机出现的流星不会来自流星雨的辐射点。

历史

世界上最早关于流星雨的记载是中国关于天琴座流星雨的记载,《左传》云,鲁庄公七年(前687年)“夏四月辛卯夜,恒星不见,夜中星陨如雨”。更早的古书《竹书纪年》中写道:“夏帝癸(桀)十五年,夜中星陨如雨。”

从成因上和现象上流星雨与偶发流星都有着很大的不同。偶发流星每天都会产生,发生的天区和时间都具有随机性,流星雨具有时间上的周期性,有些可以科学地预测,因此流星雨也被称作周期流星。另外,所有流星的反向延长线都相交于辐射点是流星雨的重要特征。

著名的流星雨

英仙座和狮子座流星雨

在绝大部分的年份中,最主要的流星雨是英仙座流星雨,它的高峰期出现在每年的8月12日,每分钟至少会出现一颗流星。在下址可以找到有用的工具,来估算从观测的位置每小时可以看见几颗流星:http://leonid.arc.nasa.gov/estimator.html

最壮观的流星雨应该是狮子座流星雨,被称为流星雨之王,它的高峰期大约在11月17日,而大约间隔33年才会出现高峰期每小时有数千颗流星的流星暴。1833年11月出现的狮子座流星暴使人类首度意识到流星雨的辐射点,它是从明亮的轩辕十二(狮子座γ星)附近辐射出来的。上次的狮子座流星暴出现在1999、2001(2)和2002(2)年。在这之前曾经在1767、1799、1833、1866、1867和1966年出现过。在狮子座流星暴未出现的年度中,狮子座流星雨的活动远低于英仙座流星雨。

地球之外的流星雨

太阳系内任何一颗有着适当且透明大气层的天体都可以有流星雨。已知的实例,火星就曾出现流星雨。然而因为火星和地球的轨道不同,与彗星轨道相交会的方式也不同,它们不同于地球上看到的那些。

虽然火星大气层的密度只有地球表面的1%,但是在大气层的上缘,和流星体的撞击,这两点是相似的。因为流星出现的高度有着类似的空气压力,效果是一样的。只有因为与太阳距离的增加,导致流星体的运动速度较慢的关系,使流星的亮度略为减少了一些。但下降速度的减慢意味着火星的流星有更多的时间用于烧蚀上而得到了平衡。

在2004年3月7日,火星探测漫游者精神号的全景摄影机记录到了一场流星雨的痕迹,被认为是与114P/怀斯曼-史基福彗星遭遇的结果。预测在2007年12月20日会沐浴在强大的流星雨之下,这是与地球的宝瓶座η流星雨有关系的"双子座λ"流星雨(因为两者都是与哈雷彗星有关),"大犬座β"流星雨和13p/奥伯斯彗星有关联,和来自达摩克里斯(Damocles)的"天龙座流星雨"。

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