2001年的獅子座流星雨

成大物理系 王雲慶

 

在眾人的期待之下,2001年11月18日深夜11點左右,一顆淺綠色的流星從東方的眾星之中現身。劃過頭頂時,它的顏色先變成黃橙色,再變成亮紅色,最後在西邊的天空爆出青白色的閃光後消失,歷時約三秒鐘。這顆精彩的流星,宣告著獅子座流星雨極大期就要出現在今夜。

直到天亮之前的六個小時內,在山上觀賞流星雨的人們,看到了數千顆的流星。雖然這些流星幾乎通過了夜空中的每個星座,但是由於數量非常多,讓人們很容易看出,它們都是由星空中的某一點輻射出來的。而這一個輻射點就像白天的太陽或者是晚上的星星一樣,也隨著地球的自轉而從東邊的地平線越爬越高。仔細地與星座盤比對,可發現這些流星的輻射點就在獅子座的脖子附近。(圖一)

圖一、由多顆流星的軌跡,可以看出流星雨從獅子座的脖子附近,輻射而出。圖片下方為阿里山氣象站之測候儀器與天線。 (圖片來源:功大學 物理學系天文實驗室)

看著這麼多且壯觀的流星,一一將心中的願望都許完之後,人們也許會問道:「流星是什麼?為什麼這些流星都從獅子座向外射出?」

太陽系經過四十五億年的演化,分佈在九大行星之間的浩瀚星際空間中,除了小行星與彗星之外,還有細微的塵埃顆粒。當這些平均大小僅有0.01公分的塵埃物質飛向地球時,它的速度將達每秒20至70公里。這麼快的速度在進入大氣層時,在約80到120公里的高空中會和空氣摩擦生熱而發光,旋而氣化消失,這個發光的過程就是我們所看到的流星。絕大部分的流星並不亮,必須是在沒有月亮的夜空才可以看到。在一般的日子裡,平均每小時可以看到五到十顆流星。因為地球自轉的關係,在下半夜時,塵埃顆粒與地球的相對運動速度較大,因此下半夜比上半夜可看見更多的流星。

有時後會發現某一天的晚上流星比往常多,約每小時二、三十顆流星,在參照背景星座後記錄下每一顆的位置與方向,經由分析後可發現這些都是由星空中的某一點輻射出來的。這些有相同輻射點的流星顯然是彼此相關的,故稱為流星群。天文學家規定流星群的名稱以輻射點位置所在的星座而定,所以輻射點在獅子座的流星群就稱之為獅子座流星群。而若是流星群的數量很多、達到每小時數百顆,則稱之為流星雨。有的天文學家再進一步,將數量多達每小時千顆以上的流星群稱之為流星暴。

為什麼會有一群流星從相同的一個輻射點向四面八方射出呢?天文學家認為這群流星源頭的塵埃物質,是由某一顆彗星因為回歸靠近太陽時,它混雜著塵土的結冰表面受到陽光的照射而氣化,剝落下來的碎屑分佈在這顆彗星的軌道上形成一群具有相同速度與方向的塵埃顆粒。有些彗星的軌道會與地球軌道相交,當地球撞向留在彗星軌道上的塵埃顆粒時,就會在地球的夜空之中發光而形成流星群。而就像是兩條平行的火車軌道在遠方相交一樣,平行撞向地球的這群塵埃顆粒所造成的流星,從地面上看起來好似從某一點輻射而出。

有的流星群可找到其發源的母彗星,有的則找不到。寶瓶座流星群的母彗星就是每76年週期回歸一次的哈雷彗星,而獅子座流星雨的母彗星是每33年回歸一次的坦普•圖塔(Tempel-Tuttle)彗星。每當坦普•圖塔彗星回歸後的幾年內,獅子座流星群就會躍升為流星雨,或甚至變成流星爆,造成一場天文盛況。天文學家經由幾次的失敗後,已研究出預測獅子座流星雨何時爆發的方法。所以這次預測2001年11月19日的流星雨就如期發生了。

國立成功大學物理系的紅色精靈研究團隊,在11月19日那一天於阿里山氣象觀測站,以觀測紅色精靈的低光度CCD,紀錄了獅子座流星雨爆發前後五個小時的連續動態實況。其中一套攝影儀器以廣角鏡將輻射點左右各50度上下各35度所出現的流星影像錄下來。這些記錄經由分析後可得知此次獅子座流星雨的時間、空間與數量的分佈、以及其流星的亮度特性、各種流星型態的變化,若是配合台中國立科學博物館在合歡山以類似方法所錄下來的影像一起分析,則利用三角視差法可以出計算出此流星的高度、方位、以及其速度的變化。這皆觀測的結果可使我們更瞭解獅子座流星雨的秘密 (圖二)

圖二、穿越獵戶座的流星。照片背景是冬季大橢圓的星座,這一顆流星以數字編號表示從出現到消失的時間順序,每個影像時間相差1/3秒,仔細看還可以辨識出流星尾巴的痕跡。本圖自錄影帶中擷取六個影像疊加合成。(圖片來源:功大學 物理學系天文實驗室)


本文刋登於91年4月1日之中華日報 ─ 科學新視界 (第32版)