14.1: 流星

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学习目标

在本节结束时，您将能够：

解释什么是流星以及为什么它在夜空中可见
描述流星雨的起源

正如我们在《彗星与小行星：太阳系的碎片》中看到的那样，彗星中的冰在靠近太阳时会蒸发，共同向太阳系内部喷射数百万吨的岩石和尘埃。还有来自小行星的尘埃碰撞并破裂。地球被这种物质所包围。当每个较大的尘埃或岩石粒子进入地球大气层时，它会形成一条短暂的火热痕迹；这通常被称为流星，但它被正确地称为流星。

观测流星

流星是从行星际空间进入地球大气层的微小固体粒子。由于粒子以每秒数千米的速度移动，因此与空气的摩擦会使它们在 80 到 130 千米的高度蒸发。由此产生的闪光会在几秒钟内消失。这些 “流星” 之所以得名，是因为到了晚上，它们的发光蒸气看起来像恒星在天空中快速移动。流星必须位于观察者约 200 公里以内才能被看见。在一个典型的黑暗、没有月亮的夜晚，警觉的观察者每小时可以看到六颗流星。这些零星的流星 ——与流星雨无关的流星（将在下一节中解释）——是随机出现的。在整个地球上，明亮到足以让人看见的流星总数每天总计约为2,500万颗。

典型的流星是由质量小于 1 克的粒子产生的，不大于豌豆。我们怎么能看到这么小的颗粒？你看到的光来自这颗小颗行星际物质周围更大的加热发光气体区域。由于速度快，豌豆大小的流星中的能量与向地球发射的炮弹一样大，但是这种能量分散在地球大气层的高处。（当这些微型射弹击中像月球这样的无气物体时，它们确实会形成小陨石坑，通常会粉碎表面。）

如果像高尔夫球一样大小的粒子撞击我们的大气层，它会产生一条更亮的轨迹，称为火球（图\(\PageIndex{1}\)）。像保龄球这样大的棋子如果进场速度不太高，则很有可能在火热的进入中幸存下来。据估计，进入地球大气层的流星物质的总质量约为每天100吨（如果你想象它们全部落在一个地方，这似乎很多，但请记住，它分布在我们的星球表面）。

alt — 人物\(\PageIndex{1}\)火球。当一块较大的宇宙物质撞击地球大气层时，它可以形成明亮的火球。这张延时流星图像是在 2014 年 4 月在阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列（ALMA）拍摄的。可见的痕迹是由粒子周围燃烧的气体产生的。

虽然用静态摄影很难捕捉到火球和其他流星的图像，但是在视频中捕捉这些物体的运动很容易。美国流星协会维护着一个网站，其成员可以在该网站上分享此类视频。

流星雨

许多（也许是大多数）撞击地球的流星都与特定的彗星有关。其中一些周期性彗星仍然回到我们的视野中；其他彗星很久以前就崩溃了，只留下了尘埃的痕迹。来自给定彗星的尘埃粒子大约保留其母体的轨道，继续一起在太空中移动，但随着时间的推移在轨道上扩散。当地球绕太阳行驶时穿过这样的尘流时，我们会看到流星活动突然爆发，通常持续几个小时；这样的事件被称为流星雨。

产生流星雨的尘埃粒子和鹅卵石在遇到地球之前正在太空中一起移动。因此，当我们仰望大气层时，它们的平行路径似乎是从天空中一个叫做辐射的地方向我们走来的。这是流星流似乎在太空中发散的方向，就像长长的铁轨似乎与地平线上的单个地点分开一样（图\(\PageIndex{2}\)）。流星雨通常由该辐射所在的星座指定：例如，英仙座流星雨的辐射位于英仙座星座中。但是你很可能会在天空中的任何地方看到雨流星，而不仅仅是在辐射星座中。表中总结了一些比较著名的流星雨的特征\(\PageIndex{1}\)。

alt — 人物流星雨的\(\PageIndex{2}\)辐射。流星的轨迹从远处的某个点分开，就像平行铁路轨道看起来一样长。

表：年度\(\PageIndex{1}\)主要流星雨
淋浴名称	最大日期	关联的父对象	彗星周期（年）
\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨雨名称 “>Quadrantid	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨最大日期 “> 1 月 3 日至 4 日	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨关联父物体” >2003EH（小行星）	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨彗星时期（年）” >—
\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨雨名称 “>Lyrid	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨最大日期” > 4 月 22 日	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨关联父物体” > 撒切尔彗星	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨彗星时期（年）” >415
\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨雨名称 “>Eta Aquarid	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨最大日期 “> 5 月 4 日至 5 日	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨关联父物体” >Comet Halley	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨彗星时期（年）” >76
\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨雨名称 “> Delta Aquarid	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨最大日期 “> 7 月 29 日至 30 日	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨关联父物体” >Comet Machholz	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨彗星时期（年）” >—
\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨雨名称 “>英仙座	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨最大日期 “> 8 月 11 日至 12 日	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨关联父物体” >Comet Swift-Tuttle	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨彗星时期（年）” >133
\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨雨名称 “>Orionid	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨最大日期 “> 10 月 20 日至 21 日	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨关联父物体” >Comet Halley	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨彗星时期（年）” >76
\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨雨名称 “> Southern Taurid	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨最大日期” > 10 月 31 日	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨关联父物体” >Comet Encke	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨彗星时期（年）” >3
\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨雨名称 “>Leonid	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨最大日期 “> 11 月 16 日至 17 日	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨关联父对象” >Comet Tempel-Tuttle	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨彗星时期（年）” >33
\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨雨名称 “>Geminid	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨最大日期” > 12 月 13 日	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨关联父物体 “>Phaethon（小行星）	\ (\ pageIndex {1}\) 年度主要流星雨彗星时期（年）” style= “text-align: justise;” >1.4

流星尘埃并不总是沿着彗星的轨道均匀分布，因此在某些年份，当地球与尘流相交时，流星会更多，而在其他年份则更少。例如，狮子座流星分布非常笨拙，狮子座流星在1833年和1866年（间隔33年之后——彗星时期）产生了有记录以来最壮观的阵雨（有时称为流星风暴）（图\(\PageIndex{3}\)）。在 1866 年 11 月 17 日的狮子座风暴期间，在某些地方每秒观测到多达 100 颗流星。 2001 年的狮子座雨并不那么强烈，但它达到了每小时将近一千颗流星的峰值，每隔几秒钟就有一颗流星，可以从任何黑暗的观测点观测到。

alt — 人物\(\PageIndex{3}\)狮子座流星风暴。一幅画描绘了1833年的大流星雨或暴风雨，展示时有一点艺术许可。

每年最可靠的流星展示是英仙座雨，它每年在8月11日左右出现大约三个晚上。在没有明亮的月光的情况下，在典型的英仙座雨中，你可以每隔几分钟看到一颗流星。天文学家估计，英仙座群中粒子的总质量将近十亿吨；产生该群中粒子的彗星叫做 Swift-Tuttle，最初肯定至少有那么大的质量。但是，如果它的初始质量与哈雷彗星测得的质量相当，那么 Swift-Tuttle 将含有数千亿吨，这表明只有很小一部分原始彗星物质在流星流中存活。

加州科学院有一份关于 “如何观察流星雨” 的简短动画指南。

没有一颗雨流星在大气层中飞行后幸存下来并被回收用于实验室分析。但是，还有其他方法可以研究这些粒子的性质，从而进一步了解它们所来自的彗星。对流星飞行路径的分析表明，其中大多数流星非常轻或多孔，密度通常小于 1.0 g/cm ³。如果你在地球重力作用下将一块拳头大小的流星物质放在桌子上，它很可能会在自身的重量下崩溃。

这种轻粒子很容易在大气中分解，这是即使是相对较大的雨流星也无法到达地面的原因。彗星尘埃显然是毛茸茸的，相当无关紧要的东西。美国宇航局的星尘任务使用一种叫做气凝胶的特殊物质来收集这些粒子。我们也可以从高空飞行飞机在地球大气层中回收的微小彗星粒子中推断出这一点（见图\(13.3.4\)）。就其本质而言，这种绒毛无法完好无损地到达地球表面。但是，正如我们将在下一节中看到的那样，来自小行星的更多坚固碎片确实会进入我们的实验室。

与星共舞

对于初学者来说，观测流星雨是最简单、最有趣的天文学活动之一（图）。最棒的是，你不需要望远镜或双筒望远镜——事实上，它们肯定会妨碍你。你需要的是一个远离城市灯光的地方，尽可能一览无余的天空。虽然从理论上讲，单颗流星在天空中形成的短线可以追溯到辐射点（如图所示），但代表流星末端的快速光线可能发生在你上方的任何地方。

alt — 人物英\(\PageIndex{4}\)仙座流星雨。这次第二十二次曝光显示了2015年英仙座流星雨期间的一颗流星。

观测流星雨的关键不是限制视野，而是躺下来警觉地扫描天空。尝试选择一个不错的淋浴（参见表中的列表）和观察时月亮不亮的夜晚。月亮、路灯、车辆大灯、明亮的手电筒、手机和平板电脑屏幕都会妨碍你看到微弱的流星条纹。

午夜过后，当你在朝向地球的半球上时，你会看到更多的流星，朝着地球绕太阳旋转的方向行驶。午夜之前，你正在从地球 “背面” 进行观测，而你看到的唯一流星将是那些行进速度足够快足以赶上地球轨道运动的流星。

当你远离所有灯光后，给你的眼睛大约 15 分钟，让 “适应黑暗”，也就是说，让你的眼睛尽可能张开。（这种改编与在黑暗的电影院里发生的事情相同。当你第一次进入时，你看不见任何东西，但最终，当你的学生打开得更宽时，你可以通过屏幕的微弱光线非常清楚地看见，并注意到所有洒在地板上的爆米花。）

经验丰富的流星观察者会发现山丘或空地，一定要带上保暖的衣服、毯子和热咖啡或巧克力的保温瓶。（带一个你喜欢和你一起坐在黑暗中的人也很不错。）不要指望看到烟花或激光表演：流星雨是微妙的现象，最好耐心等待，这反映了这样一个事实，即你所看到的一些尘埃可能是在超过45亿年前太阳系刚刚形成时首先被聚集到母彗星中的。

关键概念和摘要

当行星际尘埃碎片撞击地球大气层时，它会燃烧形成流星。一起穿越太空的尘埃粒子流会产生流星雨，在流星雨中，我们可以看到流星从天空中一个叫做雨辐射的地方发散。每年都会出现许多流星雨，它们与特定的彗星有关，这些彗星在靠近太阳时会留下灰尘，冰层蒸发（或分解成小块）。

词汇表

流星: 一小块进入地球大气层并燃烧的固体物质，通常被称为流星，因为它被视为一小闪光

流星雨: 许多流星似乎是从天空中的某一点辐射出来的；是在地球穿过彗星尘流时产生的