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你有多久没有抬头看过星星了?上一次邂逅流星雨是什么时候?一年一度的英仙座流星雨,在持续了大半个月后,将于今晚至明日晨间达到活跃顶峰,每小时出现的流星数理论上最高可达!去年今天,高山书院的师生们去到了内蒙锡林郭勒盟大草原,一起仰望灿烂绚丽的星空,并在漫天星雨下身临其境地学习星空相关的科学知识,畅想光年之外的宇宙世界。但今年由于疫情,师生们留在了各自所在的城市,千里共英仙。图自CTWei对很多人来说,流星雨带来的不仅仅是一束束璀璨的光,也是一道道待解的疑惑:流星是怎么形成的?为什么“星星”会坠落?为什么流星有些亮,有些暗;颜色有时候还各不相同?为什么流星有时会“相约”成雨,有时候“单打独斗”?为什么有的流星雨几乎每年都会在同一时间段观察到,有的却不是?……世界多有趣,取决于我们多好奇。现在就让我们跟随自己的好奇心,揭开流星背后的这些谜底。“星星”陨落相比于其他“静止不动”的星象(如北斗七星),流星在天空中拖出一条光影并转瞬即逝,显得尤其特殊。也因为神秘,流星引发了各种遐想,从古至今一直被人们赋予各种意义。《三国演义》里蜀魏五丈原之战,司马懿夜观天文,从流星划过“看出”了孔明陨落。……见一大星,赤色,光芒有角,自东北方流于西南方,坠于蜀营内,三投再起,隐隐有声。懿惊喜曰:“孔明死矣!”。即便到了今天,当人们看见短暂而美丽的流星,也依然忍不住在心里默默许下愿望,把它视作希望和运气的象征。在浪漫悠远的面纱底下,流星到底是怎么发生的?在太阳系及外太空中,普遍弥漫着一些碎片,小至粉尘、大至瓦砾,我们称之为流星体。它们在太空中高速移动,当运行轨道正好与地球相交,就注定要和地球来一次“亲密接触”,闯入大气层。坠入大气层的流星体,相对速度一般达到每秒数十公里,比音速还要快上许多(留言栏里有彩蛋);尤其是当流星体迎面撞上地球的时候,速度更是可达72km/s——但一般不会超过这个上限,除非流星体来自于太阳系之外,但这概率远小得多。在大气中,高速的流星体与前方的空气分子进行猛烈的撞击和挤压,温度急剧提升,产生大量光和热。流星体的外层在高温下不断气化,直至“燃烧”殆尽,同时沿途留下残骸,拖出一道短暂的余迹。这也就是我们所熟悉的流星的外貌。其中,动能越大、撞击越剧烈、温度越高,流星也就越明亮。至于流星的颜色,则取决于流星体与大气的化学成分和比例以及反应温度。我们知道:所有温度为0K以上的物体都会释放黑体辐射(包含可见与不可见光),只不过不同温度的物体所辐射的光谱不一样。例如37°C(.15K)的人体,辐射的主要频段是红外线;而流星体,根据它的外层温度(一般可达K),也会产生相应的辐射频段。不同温度的物体所产生的黑体辐射不过如果照这么看,K的流星应该是泛红的,可事实上很多流星都并非红色的。这是因为,流星发光的背后,还包括了另一个更主要的过程——电子跃迁。高温下,流星体物质以及大气分子的电子先是吸收能量,跳到更高的轨道上;随着这些电子掉回原来的轨道,就会释放出特定颜色(频率)的光。电子跃迁示意图不同的原子/分子,都对应了不同频率的光——而这些光,也经常被视为这些原子/分子的身份证。这和气体放电灯的原理是一样的。流星整体的颜色,就是这些过程的综合体现。流星体一般在离地约公里处开始发光,在离地80公里以前消失。一些个头、质量特别大的流星体,有可能一直长驱直进,直到离地30~50公里才彻底消失。只有极少数“天赋异禀”的流星体能与地面“亲密接触”——但当它们发生,这些天外来客不免要给生灵带来一阵骚乱,甚至难以磨灭的伤痕。像是这样:美国亚利桑那州的巴林格陨石坑直径米,来自5万年前一颗直径约60米的铁陨星。这样:这样:黑龙江省哈尔滨市依兰县境内的依兰陨石或这样:开个玩笑,这是咱邻居月球的陨石坑。因为缺少大气层的保护,月球表面“伤痕累累”。流星成了雨虽然地球上每一天都有大量尘埃碎片闯入大气层,但在同一个地点、同一时间观看到多个流星的几率并不高——不过这不代表没有,平均每个月我们都能碰上流星成雨的美景。除了一小部分的流星雨来自于小行星的残骸(比如年举世闻名的吉林陨石雨),大多数流星雨的发生都跟彗星相关。比如英仙座流星雨、天龙座流星雨、猎户座流星雨等等,都来自某一个彗星母体的尘埃。彗星主要由冰和尘埃组成。当绕日运转的彗星来到距离太阳较近的位置,它表面的冰会持续受热气化/升华,导致一些尘埃颗粒喷发出来并散布在轨道上,一起对太阳进行公转。虽然彗星绕太阳一圈一般要数十年甚至更长(比如斯威夫特-塔特尔彗星公转周期为年),但彗星的轨道与地球轨道相交的地方是相对固定的。所以地球每年都会在差不多的时刻邂逅这些尘埃,并以一场流星雨作为见证。但可能大家还是会好奇:既然去年发生了流星雨,轨道相交之处的尘埃已经和地球相撞、化作了流星雨,第二年为什么仍会发生流星雨?答案很简单——因为被彗星喷发出来的流星体并不是待在原地,而是继续围绕太阳进行公转。所以取决于母彗星的周期以及轨道中流星体的分布情况,每年的流星雨的壮观程度都不一样,少则每小时最多1~2道流星,多则过百。而每当母彗星回归,彗星留在轨道上的尘埃特别多,就可能迎来流星暴雨,每小时甚至可达数千以上。年11月狮子座流星暴雨的不同记录当流星雨来临的时候,大部分的流星看起来就从天空中的某一点炸开,我们称之为辐射点。实际上,辐射点只是一种视觉效果。因为轨道上的流星体都是朝着一致的方向移动,所以当它们平行地落入地球,对于地面上的我们来说就像是从同一个点涌入。其实我们每一天都目睹着这个视觉效果:平行的铁轨或街道,总是看起来像是从远处的某一点延伸过来。辐射点坐落于哪个星座,流星看似从哪个星座射出,我们就以它来命名这场流星雨。比如这一次的英仙座流星雨,就仿佛从英仙座的位置“喷发”而来。不同的彗星带来的流星雨可以以同一个星座命名,比如宝瓶座δ南流星雨、宝瓶座η流星雨;相反,同一个彗星也可能带来不同星座的流星雨,比如哈雷彗星分别带来了猎户座流星雨、宝瓶座η流星雨......同一彗星轨道,和地球轨道在两处交汇结语太空浩瀚,岁月悠长。体验世界很美好,探究世界也同样可贵。如果生活的浪漫是辽阔的遐想、自由的感受,那么好奇的追问、无尽的探索就是科学的浪漫。在广袤的空间与无限的时间中,高小山很荣幸与你共享同一颗行星,追问同一道疑题。关于流星/流星雨,你心中还有哪些好奇?与浩渺的星空,你有没有哪些铭记于心的浪漫记忆想和我们分享?留言栏见~※致谢※特别感谢中国研究院国家天文台研究员、国家天文台恒星级黑洞研究创新小组负责人、《中国国家天文杂志》执行编辑苟利军老师对本文的专业审核。作者丨邱施运编辑丨朱珍

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