行星際空間中叫作流星體的塵粒和固體塊闖入地球大氣圈同大氣摩擦燃燒產生的光跡。特別明亮的,叫作火流星,有的甚至白晝可見。火流星經過時,偶爾可聽到聲響,未燒盡的流星體降落到地面,就是隕石。

  大小和來源 流星體原是圍繞太陽運動的,在經過地球附近時,由於受到地球引力的攝動,便改變軌道,向地球接近,如果它的軌道穿過地球大氣,便可觀測到流星現象。觀測表明,流星體相對於地心的速度上限為每每秒72公裡,下限為每秒11公裡。這兩個極限速度都是流星體循拋物線軌道繞太陽運行時產生的,差別在於:前者是流星體和地球迎面相遇,後者是流星體趕上地球。流星體圍繞太陽旋轉的軌道絕大多數是橢圓,拋物線很少,雙曲線則幾乎沒有。這一事實表明,流星體是太陽系內的天體。

  通常觀測到的流星,其本體在進入大氣之前,體積不比砂粒和小石子大,但是具有很高的動能。流星體在同空氣分子、原子碰撞時,動能轉化為熱能,使本體氣化,並且通過氣化的原子同周圍空氣分子、原子的進一步碰撞,遂產生光和電離,在本體周圍形成一個明亮的包層,叫作流星的頭。它的亮度不僅跟質量有關,而且也隨速度而不同。流星通常在離地面120~80公裡的高度出現,但是明亮的火流星可深入到很低的高度,在它的後面留下一條暗黑的徑跡,這是懸在空中的塵埃。如果它被月亮或地平線下的太陽照亮,那麼,在夜空的背景下,便呈現為銀白色的光條。絕大部分流星體穿經大氣時被氣化掉,隻有大而堅實的流星體才有固體物質剩下,降落到地面,成為隕石。有的流星體非常小(叫作微流星體),以致和空氣分子碰撞產生的熱量在很低的溫度下輻射掉,不足以使本身氣化,因此,它們就像塵埃一樣,飄浮在大氣中,最後降落到地面,叫作微隕石。

火流星

  流星體的質量越小,數目越多。據統計,肉眼能見的普通流星,每降低一個星等,數目就增加3.5倍,而肉眼不能見的暗弱流星,每降低一個星等,數目則增加2.5倍。目前,通過各種觀測技術,已可探測到10-16克的微流星體。根據觀測資料估計,每年降落到地球上亮度大於10等星的流星(相當於10-5克的質量),共約有2,000噸,而暗於10等星的流星以及微隕石的降落總量共為20萬噸左右。

  流星的出現通常是單個的、零星的、彼此無關的,出現的時間和方向也沒有規律。這樣的流星叫作偶現流星。一個目視觀測者夜晚平均每小時可看到10顆偶現流星。但是,出現的頻率在整夜不一樣:下半夜的流星比上半夜多些,而且也明亮些。其原因在於,下半夜出現的流星是同地球迎面相遇的,或是地球追上的流星,而上半夜出現的,乃是追上地球的流星。

  每年可有幾次看到許多流星從星空中某一點(叫作輻射點)向外輻射散開,這種現象叫作流星雨,這是地球遇到流星群的結果。按照現在一般的看法,流星群是由周期彗星散射出來的質點或由瓦解瞭的彗核形成的。流星群和彗星有大致相同的軌道,流星群內的質點本來是聚集在一起的,由於它們同太陽系中的質點之間以及它們彼此之間的相互碰撞,由於它們同行星接近產生的引力攝動,由於太陽輻射效應等,因而緩慢地散開,最後加入偶現流星的行列中。因此,流星群越年輕,就越密集;而年老的流星群和偶現流星幾乎沒有區別。關於流星體起源問題,雖有種種解釋,目前尚無最後定論。有少數流星群可能同穿過地球軌道的異常小行星有關系。而少數成為隕石的火流星,其中有的可能是小行星被碰撞而成的碎片。

  物理性質和化學成分 許多流星體通過大氣時會碎裂,並且在很低的壓力下就破碎。這種現象說明,它們是易碎的和多孔的松脆物體,而且密度較低(平均密度每立方厘米隻有十分之幾克),可能屬於彗星物質,這類流星體稱為彗星流星體。從流星的光譜來看,還有另外兩類流星體:一類由碳質球粒隕石構成,稱為碳質球粒隕石流星體;另一類由堅硬的一般球粒隕石構成,稱為一般球粒隕石流星體。以上三類在火流星中各占1/3,而在拍攝到的暗弱流星中,僅有彗星流星體和碳質球粒隕石流星體,幾乎沒有一般球粒隕石流星體。不同種類的流星體貫穿大氣的本領不同。彗星流星體的貫穿本領很低,它們通過大氣後,可能碎裂為更小的質點。

  在流星頭部的光譜中,發現瞭下列中性原子譜線:FeⅠ、MgⅠ、NaⅠ、CaⅠ、MnⅠ、CrⅠ、AlⅠ、NiⅠ、HⅠ、OⅠ和NⅠ;還有元素一次電離譜線:CaⅡ、MgⅡ、SiⅡ、FeⅡ和 OⅡ。流星光譜隨流星體的速度和流星的亮度而變化。CaⅡ的H和K線是快速流星的主要特征,NaⅠ、MgⅠ和FeⅠ的譜線是慢速流星的主要特征。

  觀測 流星的光主要集中在本體周圍,所以觀測者看到的是一個運動的點光源。不過,在本體後面,沿著流星經過的路徑上,也還可看到一些光,它們比頭部的光要暗弱得多,叫作流星餘跡。暗弱流星的餘跡,持續時間很短,隻有百分之幾秒,叫作瞬現餘跡,眼睛不能分辨,但可用照相方法記錄下來。長久的持續餘跡,通常是同亮流星和火流星有關,持續時間可達幾秒甚至幾分鐘。這些餘跡是由留下來的受激原子以及電離原子、分子產生的,並含有電子,能夠反射無線電波,因而可用雷達進行觀測。根據對雷達回波的測量,可得到流星的高度、距離、速度、亮度以及輻射點位置等資料。這對於確定流星體的質量、密度以及在大氣中的軌跡,進而確定流星體圍繞太陽的軌道等等,是很重要的。這些資料也可用目視方法和照相方法得到。在西方,有目的地對流星進行目視觀測開始於十九世紀,當時的肉眼觀測者記錄流星的路徑、速度和亮度,為近代流星天文學的建立奠定瞭基礎。

  照相觀測通常是將兩架同樣的照相機,彼此相隔幾十公裡,並且對著高層大氣同一區域,同時露光。如果有一顆流星通過這個區域,那麼它就被這兩架照相機同時拍上,這樣可測定流星的高度,同時得到亮度等資料。為瞭測定速度,在流星像跡上記上時間標度。記時間標度的通常方法是,用旋轉的快門,以一定的時間間隔交替地暴露和遮擋物鏡或焦平面。最適合於流星照相觀測的是貝克超施密特流星照相機,它的焦距短,視場大。

  現在也用電視系統觀測流星。這種方法不僅能觀測到較暗的流星,而且拍照迅速,可將持續餘跡的運動、它的生長和衰減以及在各點的光強度等幾乎全部記錄下來。這有助於研究流星的消融、碎裂以及結構等;這種方法的缺點是,對暗流星的反應慢,因此,觀測對象側重於快速的亮流星。用目視方法、照相方法和電視方法隻能觀測夜晚出現的流星,用雷達方法還可探測到白晝出現的流星,而且可以觀測到更暗的流星(見流星的雷達觀測)。一般說來,目視和照相方法可記錄質量介於10-2106克之間的流星體,電視方法可觀測到大於10-4克的流星體,雷達方法則可觀測到大於10-6克的流星體。產生黃道光的質點,最大質量為10-6克,可根據對黃道光的觀測、對微隕石的收集和分析,以及通過空間探測器或空間軌道站的測定進行研究。

  流星的分光觀測提供流星化學成分的資料,而人造流星的實驗有助於對流星物理性質和化學成分的瞭解。

流星餘跡

  中國古代的觀測記錄 中國古代對流星有豐富的觀測記錄,不僅載於正史,而且散見於其他書籍,特別是在地方志中記載尤多。《春秋》記載瞭魯莊公七年(公元前687年)的一次流星雨:“夏四月辛卯,夜,恒星不見。夜中,星隕如雨。”這是關於天琴座流星雨的最早記錄。有的流星雨記錄十分詳細,包括出現和消逝的時刻、持續時間、數目、顏色、亮度、方位和聲響等項。例如在《宋書》中有一條記載:“有流星大如桃,出天津,入紫宮,須臾有細流星或五或三相續,又有一大流星從紫宮出,入北鬥魁,須臾又一大流星出,貫索中,經天市垣,諸流星並向北行,至曉不可稱數。”這是寶瓶座η流星雨的觀測記錄,發生在劉宋元嘉二十年二月乙未(公元443年4月9日,歸算到現在的春分點,相當於4月30日)的夜晚,描寫生動,讀後仿佛令人身臨其境。中國古代的流星雨記錄多達數百次,為確定流星雨的輻射點,並進而研究流星群周期、軌道的變遷,查明流星群同彗星之間的關系等問題提供瞭可貴的資料。(見彩圖)

流星照片 (美)天文學期刊

中國古籍關於流星雨的記載

  

參考書目

 陳遵媯:《流星論》,國立中央研究院天文研究所,南京,1930。

 莊天山:《中國古代流星雨記錄》,《天文學報》,第14卷,第1期,1966。

 弗拉馬裡翁著,李珩譯:《大眾天文學》,第二分冊,科學出版社,北京,1965。(C.Flammarion,Astronomie Populaire,Flammarion Cie,Paris,1955.)