流星雨

流星雨的成因 什麼是流星雨 流星的觀測史 2004流星雨年(10月-12月) 首頁

流星

在太空中的塵埃、冰塊等顆粒,受地球重力吸引掉入地球,和大氣摩擦使空氣分子受熱分解而發光,在夜晚出現一道劃過天空的光線,持續時間大多不到1秒,偶有持續2∼3秒的流星。大部份肉眼常見的流星亮度相當於織女星、獵戶座(1∼3等星)。

流星的形成

太陽系裡,除了大家熟知的九大行星、幾十個衛星、數以千計的小行星,以及週期性或不定期來訪的彗星之外,還散佈著成千上萬的冰塊和灰塵顆粒,和太陽系的其他星體一樣繞著太陽公轉,由於這些顆粒質量小,易受質量較大的地球重力或太陽風影響,有機會墜入地球形成「流星」(meteor, shooting star),因此這些顆粒一般稱為「流星體」(meteoroid)。

事實上,除了太陽系初期形成的流星體之外,那些遠從太陽系外緣來訪的彗星,也會帶來大量流星體,這些流星體成群掉落地球後,就形成了我們夜晚所看到的美麗流星雨。

對科學研究而言,天文學家研究流星的形成,可以增進我們對太陽系形成及彗星的瞭解;太空學家分析流星的發光,可以幫助我們瞭解大氣;更有生物學家研究掉落到地面的隕石,希望能找出六千五百萬年前恐龍滅亡的原因。但對大多數人而言,流星是夜空中最美麗、也最令人心動的天文景象。

流星體的大小

肉眼常見光度大約2等星的典型流星,其流星體顆粒通常小於0.001公分;彗星造成的流星體,密度大多在每立方公分0.3公克左右。另有一些流星雨可能是小行星的碎片造成的,例如:雙子座流星雨,這類流星體的密度大約是每立方公分2公克,比彗星流星體硬得多了。

流星的速度和高度

隨著地球和流星體碰撞的角度及方式的不同,流星體相對於地球的速度,可從每秒11公里到最快的72公里。地球和流星體就像是兩個球一樣,如果正面對撞,相對速度最大;若是地球追上流星體則相對速度最小。

大部份的流星在離地面80120公里的高空開始發光,當流星速度和質量愈大時,流星消失的高度也就愈低,例如:火流星有時會衝到離地面一、二十公里處,還有機會聽到流星體摩擦大氣所產生的爆裂聲。

隕石(Meteorite)

隕石是外太空星體爆裂後的碎塊,在進入地球大氣層時沒有完全被燒毀和蒸發,以至掉落到地上便形成隕石。如果由落到地球的隕石軌跡追溯來源,則可發現它們大多來自小行星帶 ,因此可以推測隕石可能本來是小行星或彗星的核。隕石依其成分可分為三類:第一類為鐵質隕石(siderite),主要成分為鐵與鎳合金,占約地球上隕石的5.7%;二為石質隕石(aerolite),主要成分是矽酸鹽,占約地球上隕石的92.8%;第三類為石鐵質隕石(siderolite),成分為鐵、鎳合金及矽酸鹽質的岩石各半混合而成。因此大多數的隕石都含有金屬狀態的鐵及鎳,因此其比重比地球上的岩石大。

火流星

火流星可以排上在天空中最令人驚艷的天文現象前五名。對於火流星的定義,其實每個人的敘述都不同,但根據國際流星組織火流星資料中心(IMO FIDAC)的資料,所有經過「天頂修正」(corrected for zenith position)後亮度比負三等亮(星等越小表示越亮)的流星都被定義為火流星。

火流星會在空中留下兩種痕跡,因為高溫而離子化的物質以次穩態(meta-stable)存在而發光的稱為殘痕(persistent train),而殘留下的一般不發光物質稱為煙痕(smoke train),煙痕可以在白天因陽光照耀而被看見。而初始速度太快的流星,很容易在大氣上層就全部燒光了,所以進入大氣的初始速度越低的流星,越容易被觀測為火流星。

流星為什麼會發光?

我們所看到流星的光芒,其實是流星體和空氣分子共同產生的。當流星體以極高的速度進入大氣時,具有很大的動能,和空氣摩擦生熱的結果,使空氣中的分子(如氮氣、氧氣)和流星體汽化後形成帶電離子氣體,而且受到能量影響,不同元素會發出不同波長(顏色)的光,在夜空中留下持續一段時間的光芒。我們可以藉由一些光譜分析設備,來研究流星所發出的光,進而瞭解流星的成分。

此外,因為能量的高低會影響不同原子發光的情形,可藉由流星的顏色分析出流星的速度。較高速的流星,能量較高,可以游離分解鈣金屬而發光,例如:英仙座流星雨;而鎂、納、鐵等元素則較常出現在慢速流星,例如:雙子座流星雨。

                                                                                                                                                                                         

什麼是流星雨?

幾千年前人類就開始對天空產生好奇,在歷史上留下了各種天文景象的記錄。研究這些記錄發現,大部份的流星是隨機出現,而出現位置也不固定;但有一些流星呈規律性的出現,或出現位置是從夜空某一特定位置散射出來,而且在短時間內出現大量的流星,若一小時內出現的流星數目達數十顆或上百顆時,稱為「流星雨」(meteor shower, meteor swarm);若出現數量達幾百顆或者幾千顆時,則稱為「流星暴」(meteor storm)。

彗星是流星雨的母親

我們所觀測到的流星雨主要跟彗星有關。當彗星接近太陽時,受太陽風影響,會不斷拋出許多灰塵,也就是流星體。這群流星體會沿著彗星軌道散佈,形成一條環狀灰塵流。但流星體並非一直留在軌道上,而是隨著時間受到太陽風影響、本身內部互相碰撞,或其他行星重力影響,逐漸消失。當地球穿越彗星軌道附近時,流星體會受地球重力影響墜入大氣層,形成流星;若地球重力捕捉到的是一大群彗星流星體,就形成了流星雨。

流星雨的週期

 流星雨是地球經過彗星軌道時產生的,因此流星雨的週期便和母彗星的週期有密切關係。若彗星回頭週期短,或彗星留在軌道上的塵埃數量很多,則每年地球經過彗星軌道時都可捕捉到很多流星體,我們就可定期看到流星雨,例如:8月的英仙座流星雨、10月的獵戶座流星雨。若彗星軌道上的流星體分佈不均勻,或母彗星週期較長,則只有母彗星接近時才有較多的流星體,例如:獅子座流星雨的母彗星,坦普-塔爾特彗星,其週期約33.2年,我們大約每33年可以看到一次壯觀的流星雨,而這個時期流星的數量遠大於平時地球行經彗星軌道時的數量,所以此時亦稱為流星雨的極大期。

流星雨的命名

輻射點的位置像星座一樣固定,因為地球軌道和彗星軌道相交的角度固定,彗星產生的流星體掉入的方向和地球運行軌道閒的角度也就固定,除非軌道的交角改變,否則特定流星雨的輻射點於天空所在的星座位置也是固定的,我們可依據流星雨輻射點所在的星座來為流星雨命名,例如:獅子座流星雨就是因為輻射點位於獅子座而得名。

流星雨的輻射點

流星雨來臨的夜晚,觀測者在短時間內觀測到的數量相當多,大部份的流星看起來好像是從天空某一特定位置向四面八方散射出來,彷佛在此位置上存在一個星體專門來散射流星,而且這個位置還會隨著時間像其他星體一樣移動,我們稱此一特定位置為「輻射點」,並且可以確定輻射點的座標是不會隨意改變的。

                                                                                                                                                                                                                  

流星觀測史

早期的記載

從歷史的發展來看,其實,人類對「流星」的觀察已經有數千年之久。不過,有系統的「流星」觀測記錄是一直到大約西元前二千年,從中國韓國的天文現象及占星預測紀錄裡發現。歷代中國英明的皇帝都瞭解到設立專司觀測天象單位,負責記錄天上各種天文現象的重要性。中國歷史中對天象的記錄,是追溯過去的流星雨活動非常珍貴的資料,但後人對於資料的引用必須十分小心,有時因政治上的權宜之計,天官未必會將所有天象都加以登錄。此外,歐洲的歷史文獻也能夠提供一些過去流星雨活動的記錄。

↑中國《十三經注疏》春秋公羊傳中,記載莊公7年(西元前687年)所觀測到的星象,是世界最早的流星記錄。

夏.四月.辛卯.夜.恆星不見.夜中.星霣(ㄩㄣˇ)如雨.恆星者何.列星也.列星不見.何以知夜之中星反也.如雨者何.如雨者.非雨也.非雨.則曷為謂之如雨.不脩春秋曰.雨星不及地尺而復.君子脩之曰.星霣如雨.何以書.記異也。

流星雨出現頻率的變動,也可以從記載中發現。例如:金牛座流星雨(Taurids)目前雖然表現不活躍,但是在中世紀期間,它可能就像今日的英仙座流星雨那麼壯觀。而象限儀座流星雨,目前被列為三個最活躍的流星雨之一,但是在中世紀期間曾失去對它的記載;這個現象現可能歸咎於那相關的彗星殘骸,因其所在軌道受到巨大木星引力的擾動影響而在黃道面上下來回振動,以致於它的軌道無法和地球公轉軌道相遇的結果所致。不過從電腦模擬的結果顯示,在未來數百年後,象限儀座流星雨又將會重新錯過和地球公轉軌道相遇的機會,而變得不活躍。

歐洲文藝復興之後

文藝復興之後的歐洲地方年代紀裡常記載著當地的日常生活瑣事,有時候也會記錄一些不尋常的天候狀況,例如:甚至罕見的明亮火球 (被引述為一隻飛龍)或者是壯觀的流星雨。下面這個實例是記載在十八世紀初期,英格蘭Staunton村莊的教會記錄裡:

『在三月十九日星期四的晚上八點鐘左右,月亮非常的明亮皎潔,突然間如閃電般地,天空呈現一陣長達半分鐘之久的白熱亮眼狀態,亮得連那月亮和星星都看不見。流星像陣雨般的從東北方往西南方掉下來,如那白雲般明亮的持續了約半小時之久;令當時看到這壯觀流星雨的許多觀眾都感到非常的驚奇。大約二分鐘之後,天空中傳來一陣咆哮的聲音;又大約在五分鐘之後,一陣連當時最大的大炮也無法發出的爆裂般聲音,響徹雲霄。』

        研究流星雨的學者常藉由這類的記載,來瞭解過去流星雨活動情況。儘管大多數的火球是由那些撞擊在大氣層的單獨岩石碎片所引起,但是有些火球的確和每年的主要流星雨有關聯。從過去有關火球記載的頻率,或許可以推論出每年主要的流星雨在過去的流星出現頻率。為了瞭解這個現象,雖然有幾個記載火球的歷史目錄已被整理出來;但是要發掘出所有這些偶然現象的記載,需要更多的圖書館查詢研究工作,由此可看出這一領域的研究進展是相當的緩慢。

科學方法的研究開端

到了十八世紀後期,以科學的方法來研究「流星」才開始;在這之前,很少有這方面的研究。四世紀希臘的哲學家亞里斯多德在他的著作Meteorological Treatise中曾提到對「流星(meteors)」的看法,認為它們和「極光(aurorae)」與「雲(clouds)」都一樣是大氣層裡的現象 (他也把「彗星(comets)」誤認為是大氣層裡的現象)。當時,亞里斯多德的看法認為「流星」是由於太陽白天照射地球後的「熱流物」,離開地球上升到天球的最低層,和大氣層摩擦而燃燒的現象。基於宗教的理由,亞里斯多德的這項見解,長期以來都沒有受到質疑,他所提出的宇宙模型也和當時文藝復興之前非常有影響力的羅馬天主教的哲理相吻合,而未遭到挑戰。

另外以前比較被接受的觀點認為「流星」是太陽光的餘暉在天黑之後出現的現象。一直到西元1783年的大火球出現,Blagden推想「流星」或許是高層大氣中的一種放電的現象。那時候,沒人相信流星是源於大氣層以外的東西。

十八世紀後期,Heinrich William Brandes (1777-1834) Johann Friedrich Benzenberg (1777-1846)針對「流星實際上是什麼」和「流星在哪裡發生」這兩個問題,詳細地進行了一番探討,對後來的研究奠定了基礎。西元1798年,他們決定利用「三角視差」的原理,確認了流星發生的高度超過了地面35公里以上。雖然他們只用肉眼觀測,而且三角視差的基線不長,得到的結論難免受到質疑;但是有少數流星的三角視差被精確的測定出來,確定了「流星」起源的相關問題。

十八世紀末期,也是西方文明正在進行地球探險萌芽的時期。在一個為期五年到南美洲考察的探險隊裡,德國的von Humboldt和法國的Bonplandy兩人在西元1799年十一月十一日,幸運的目睹了那壯觀的獅子座流星暴(Leonid meteor storm)。這兩位探險家起得很早,想呼吸黎明前的新鮮空氣,忽然看到在那晴朗的天空佈滿了成千上萬的流星。

1799年從海上看獅子座流星雨畫作,摘自1998年11月SKY & telscope》雜誌中 Richard Sanderson 所寫The Night of Raining Fire」一文,第30頁。

 HumboldtBonpland後來和當地的土著討論到他們那時偶然看到的現象,知道在過去和這種相似的現象曾經有週期性的被觀測過。Humboldt在他的報告中以科學的眼光提到這個獅子座流星暴的週期約30年;他同時也指出,這個流星暴幾乎從天空的同一個地方出現,現在稱這個為「輻射點(radiant)」。而再下一次的獅子座流星暴活動被推測應該是在西元1830年代初期返回。果然沒有令他們失望,西元1833年,再一次極為壯觀的獅子座流星暴於十一月十二日再次來臨;據估計當時在6~7小時當中,大約有二十萬顆的流星出現,從印度西部到加拿大之間的許多地方都有人目睹。在美國方面,當時的景象讓許多目睹者認為這是聖經上所記載的大審判日(Day of Judgement)來臨前的徵兆。但是也有較理性的目睹者,其中包括耶魯大學的教授Denison Olmsted,他再次注意到流星從同一個方向輻射出來的現象,他嘗試去量出那流星輻射點在天空的位置。 Olmsted注意到流星輻射點在天空移動的速率和星星被地球自轉牽引著走的速率相同。這樣的觀察在西元1833年那次的獅子座流星暴再次被確認,對於流星的起源是來自於地球以外的說法也讓人更信服。

          

1799及1833年獅子座流星暴二圖均摘自1998, 十一月份Sky&telescope雜誌p30,p36。

                                                                                                                                                                                                 

十月至十二月

這三個月的新月都落在15個流星群當中的13個活動時間,所以我們就可以很好的覆蓋觀測時間了。兩個因為太接近滿月而無法觀測,它們是獵戶座χ121日)和小熊座流星雨(1222日世界時7時,但也有可能提前或推後兩個小時)。

◎天龍座流星雨

活動範圍         106-10

極大時間         108日,世界時10 (太陽平黃經195°,見下)

ZHR            = 週期性的,可到暴雨級別

輻射點           :赤經 = 262°,赤緯 = +54°

速度             = 20 千米/

r              = 2.6

望遠鏡視場中心    :赤經 = 290°,赤緯 = +65°

               赤經 = 288°,赤緯 = +39° (緯度 > 北緯30°

◎雙子座ε流星雨

活動範圍         1014-27

極大時間         1018 (太陽平黃經205°

ZHR            = 2

輻射點           :赤經 = 102°,赤緯 = +27°

速度             = 70 千米/

r              = 3.0

望遠鏡視場中心    :赤經 = 090°,赤緯 = +20°

               赤經 = 125°,赤緯 = +20° (緯度 > 南緯20°

一個特徵和活動都和獵戶座流星雨很相似的中等弱流星雨,所以就應該非常小心的區分它們——特別是攝像或者望遠鏡觀測或者——目視觀測。1018日早早落下的上弦送給我們一個極好的觀測機會,所以希望兩個半球的觀測者都可以得到更多的資訊,雖然北半球更有利,但南半球也可以在半夜以後獲得有價值的資訊。

◎獵戶座流星雨

活動範圍         102-117

極大時間         1021 (太陽平黃經208°

ZHR            = 23

輻射點           :赤經 = 095°,赤緯 = +16°

速度             = 66 千米/

r              = 2.9

望遠鏡視場中心    :赤經 = 100°,赤緯 = +39°

               赤經 = 075°,赤緯 = +24° (緯度 > 北緯40°

               赤經 = 080°,赤緯 = +01°

               赤經 = 117°,赤緯 = +01° (緯度 < 北緯40°

十月的上弦月非常寵愛獵戶座流星雨,當它即將落下——或對於北半球來說落下很久的時候——正是輻射點到有利高度的時候(在午夜前後)。由於輻射點靠近天赤道,基本上全球都可以欣賞這個流星雨。

◎金牛座複合流星群

1.南金牛座流星雨

活動範圍         101-1125

極大時間         115 (太陽平黃經223°

ZHR            = 5

輻射點          :赤經 = 052°,赤緯 = +13°

速度           = 27 千米/

r              = 2.3

望遠鏡視場中心   :在黃道上選擇在輻射點東或西10度的座標 (黃緯 > 南緯40°

2.北金牛座流星雨

活動範圍         101-1125

極大時間         1112 (太陽平黃經230°

ZHR             = 5

輻射點           :赤經 = 058°,赤緯 = +22°

速度            = 29 千米/

r               = 2.3

望遠鏡視場中心    :見南寶瓶座流星雨

這對複合流星群來自恩克彗星。要確定它們的輻射點必須經過仔細的目視、望遠鏡、照相或者攝像觀測,由於它實在是又大又彌散。目前Mihaela Triglav正用IMO的資料對它進行研究。其亮度以及相對較慢的速度使得它們是極理想的照相目標,活動所展現的極大總是非常明顯,出現在11月初的10天左右的一段時間內,這個流星群有時還出現極明亮的火流星,雖然並不是每年都看得到。David Asher指出金牛座火流星的增加似乎來自于金牛座複合流星群的一群物質,他猜想這一群物質的回歸可能已經在19951998年出現了。1995年,一群給人極深印象的金牛座火流星在10月下旬到11月中旬之間出現,而1998年金牛座的極大在10月下旬就開始出現了,同樣有著許多明亮的流星。下一個普通的10-11一群預計將在2005年後出現,但仍不能確定這個預報的正確性。不幸的,滿月蹂躪了今年(2004)的機會,但這並不說明11月初的殘月同樣如此。

◎獅子座流星雨

活動範圍         1114-21

極大時間         1117日,世界時825 (太陽平黃經235.27°

ZHR            = 10-50+

輻射點           :赤經 = 153°,赤緯 = +22°

速度             = 71 千米/

r              = 2.5

望遠鏡視場中心    :赤經 = 140°,赤緯 =  +35°

               赤經 = 129°,赤緯 =  +06° (緯度 > 北緯35°);或

               赤經 = 156°,赤緯 =  -03°

               赤經 = 129°,赤緯 =  +06° (緯度 < 北緯35°

照相視場中心      :赤經 = 120°,赤緯 =  +40° 地方時0點以前 (緯度 > 北緯40°

               赤經 = 120°,赤緯 =  +20° 地方時4點以前

               赤經 = 160°,赤緯 =  00° 地方時4點以後 (緯度 > 北緯00°

               赤經 = 120°,赤緯 =  +10° 地方時0點以前

               赤經 = 160°,赤緯 =  -10° (緯度 < 北緯00°.

母彗星55P/Tempel-Tuttle1998年過近日點的獅子座流星雨,從1998年的回歸開始不斷增強,一直達到暴雨量級。2003年將可能觀測到它流量下滑的過程,因為流星群將開始向它正常的活動水準的過渡。當然,預報中沒有很強的流量增長活動,雖然流星愛好者都知道,即使是人們最瞭解的流星雨,有時也能帶來驚喜!無論該流星雨出現了什麼情況,觀測者都應當警覺地進行監測,因為在最近幾年,一系列的對流星暴雨的成功觀測之後,我們對緊跟暴雨相之後的那部分流星群的認識也是必須的,就像觀測暴雨本身。獅子座流星雨的輻射點只能在午夜後升的足夠高(甚至在赤道以南),很好的消息是在16-17日上弦月早早的就落山了。如果峰值的確是在上述時間出現,那麼美洲將是最好的觀測點,但其他的峰值也要包括在內,所以觀測者必須盡力在允許的條件下觀測,以便迎接一些未預料的現象。所有的觀測技術都可以充分使用。

◎雙子座流星雨

活動範圍         127-17

極大時間         1213日,世界時2220 (太陽平黃經262.2° +/- 2.3

ZHR            = 120

輻射點           :赤經 = 112°,赤緯 = +33°

速度             = 35 千米/

r              = 2.6;

望遠鏡視場中心    :赤經 = 087°,赤緯 =  +20°

               赤經 = 135°,赤緯 =  +49°;在地方時23時以前

               赤經 = 087°,赤緯 =  +20°

               赤經 = 129°,赤緯 =  +20°在地方時 23時以後 (緯度 > 北緯40°.

               赤經 = 120°,赤緯 =  -03°

               赤經 = 084°,赤緯 =  +10°(緯度 < 北緯20度)

照相視場中心      :赤經 = 150°,赤緯 =  +20°

               赤經 = 060°,赤緯 =  +40°(緯度 > 北緯20°

               赤經 = 135°,赤緯 =  -05°

               赤經 = 080°,赤緯 =  00° (緯度 < 北緯20°

一年中最引人注目的流星群之一。今年1212日的新月帶給1213-14日的極大一個完美的觀測條件。雙子座流星雨的輻射點在地方時2時左右上中天。赤道以北觀測條件更好,輻射但在日落後即升起,並在晚上大部分時間都處於有利的地位。在南半球,輻射點僅在午夜前後達到較高的高度。儘管如此,這是一個有高亮度、中速的流星的流星雨,都會給所有觀測者一個很好的報答。在最近幾年,峰值的流量和極大時間都顯示出微小的變化,在過去15年間的6個非常可靠的極大都在上述時間前後2小時20分鐘的時間內。按照這個預報,從歐洲和北非到俄羅斯和中國中部都處在最佳位置。極大可能的提前或者退後使得最佳觀測地區向東、西方向擴展,一些大塊鬆散的物質團意味著暗弱的望遠鏡流星可能在目視極大前太陽黃經1度內(大約1天)非常的充足,因此望遠鏡的觀測結果可以擴展流星體的聚集區,流星群可能有3個次中心。更多的結果都會有用,所有的觀測方法都可以充分的使用。

 12.22小熊座流星雨                                                                                                                          

縮寫辭彙

α, δ: 流星雨的輻射點位置座標,通常對應極大;α是赤經,δ是赤緯。輻射點每天在天空中的漂移是由於地球自己在軌道上的繞日運動,它距離所列的極大的夜數一定符合6中的具體資料。

 

r: 數量指數,從一個流星雨的星等分佈中計算出來的值的術語。r = 2.0-2.5為亮與平均值,而r > 3.0為暗於平均值。

 

λ: (太陽,平)黃經,描述地球位置的一個精確度量標準,並不取決於民用日曆的日期。所有給出的λ值為曆元J2000.0

 

V: 以千米/秒為單位,大氣內或出現的流星速度。速度範圍從大約11千米/秒(非常慢)到72千米/秒(非常快)。40千米/秒則基本上屬於中速。

 

ZHR: 每小時天頂流量,用一個理想的觀測者在完美的星空下,輻射點在正天頂時的情況,計算出的最大流星數。這一數字表示每小時的流星數。當流星活動僅在一個小時之內保持高流量時,等價ZHRequivalent ZHR,縮寫EZHR)才用來表徵活動,那樣需要假設它延續整一個小時。

 

TFCPFC: 分別為建議的望遠鏡和照相視場中心。β是觀測者的地理緯度(< 表示以南> 表示以北)。每大約半小時,就必須對成對兒的望遠鏡視場進行交互地觀測,這樣,輻射點的位置才能被確定。對TFC或者PFC的嚴格的選擇要基於觀測者的地點,攝像觀測的視場選擇也是如此。