点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:从流星到流星监测网络
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

从流星到流星监测网络

来源:光明网2021-09-07 14:19

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  从流星现象出发

  “初凉宜夜透衣罗,时见流星度绛河” 。流星是大众喜闻乐见的天文事件。宁静的夜晚,于庭院中手捧一杯香茗,赏流星瞥过,不可谓不惬意。

  需要说明的是,流星是流星体带来的一种现象。当流星体进入地球大气燃烧时就是我们见到的流星了。在2017年4月,IAU(国际天文联合会)对流星体的定义进行了正式的修订:在行星际空间中移动的固体物体,其尺寸在30微米至1米之间。

  实际上闯入地球的流星体绝大部分是沙子或者谷粒大小,一入大气则荡然无存,燃烧的亮度不少在-1等左右。较为罕见的是火流星,宿主块头要大一些,在大气中烧的虽所剩无几,却往往留有遗骸,有些亮度可达-14等以上,比满月还要亮一百倍。

  按照周期性的不同,流星可以分为偶发流星和流星雨。对于一个特定的流星雨,它们在天空中划过的轨迹延长线几乎交于一点,我们称这虚拟的点为辐射点,辐射点出现在哪个星座就管它叫什么流星雨。不同的流星雨有着各自的档期,且峰值时期每小时天顶流量(ZHR)往往不同。

从流星到流星监测网络

图1. 七大流星雨档期示例图,目前最值得期待的是英仙座和双子座流星雨(图源:自绘)

  那么这些流星雨从何而来呢?这恐怕还与太空“脏雪球”——彗星有关。

  彗星一般在一个椭率很高的轨道上运行,且并非铁板一块的刚体,当它经受行星或太阳较大的潮汐力时,会瓦解出一些碎片出来;亦或者临近太阳温度升高,容易形成十分广阔弥散的尘埃慧尾,这些彗尾小颗粒会逐渐散落至轨道各处。当彗星的轨道和地球轨道有重叠,且地球行进到此处时,这些小颗粒平行坠入大气就带来了流星雨。以英仙座流星雨为例,早在公元36年就被中国史料记载,后被证实其母体来自轨道周期为133年的109 P 彗星(又称Swift–Tuttle彗星)。

从流星到流星监测网络

图2. 以Swift–Tuttle彗星为例的流星雨形成原理示意图(图源 :duluthnewstribune.com)

  背后蕴藏的研究价值

  流星除了可以寄托我们对美好生活的向往,同样有着不菲的研究价值。

  从现象学的角度来看,我们还不能对各大流星雨的流量做出准确预测,对烟花般壮观的流星暴(ZHR > 1,000)的流量预测更是难上加难,这些都有待长期观测才能给出更好的模型。在偶发流星问题上,随着观测的积累,我们也发现很多偶发流星并不偶然,很多也属于特定流星雨的一部分。截止到2021年6月,已经有112个流星雨得到认证。

从流星到流星监测网络

图3. 两幅对1833年狮子座流星暴的形象描绘作品(图源:wikipedia/Leonids)

  而天文学研究上,观测流星体具有重要意义。首先,从彗星角度,我们尚且不知流星体的碎片具体来自彗星何处,面对分裂的动力学细节还存疑惑,需要等待更多观测数据的积累才能得知。其次,从太阳系角度,观测流星体可以得到新的研究启发。与饱经风霜的行星相比,流星体和陨石只是碎片,它们自形成之初没经历什么演化,显得非常的“原始”,通过观测它们可以更好地探究行星形成、太阳系起源等有关课题。

从流星到流星监测网络

图4. 观测流星可以揣测太阳系大小天体质量分布情况。图为利用双站观测得到的不同流星体的质量(对数)与流量的关系图,实线和虚线是两个模型的导出结果,圆点是观测结果(图源:参考文献[6]fig 13)

  最后,从预防风险角度,监测流星可以帮助我们了解近地空间环境。虽然流星对生活在地面上的人不会造成直接危害,但因流星体速度极高,对太空中的航天器容易构成威胁。故对流星规律性的研究,可帮助人造物避开碎片密集的区域。

  以上种种,皆在鼓励我们积累更庞大且细致的流星观测数据。

  探秘需要的观测手段

  流星或流星雨的观测上,我们可以进行可见光或射电观测。射电波段上可以用各种天线或专业的射电望远镜去观测,具体按下不表。至于可见光波段则有肉眼、望远镜、全天相机三种手段观测流星。

  我们的肉眼本身就是非常精密的光学仪器,6等星以上的亮度不在话下。当我们野外目视流星时,我们可以手动记录下它出现的时间、方位等信息,提交给国际流星组织(IMO)以供有关人士参考。但是肉眼的缺陷也十分明显,人眼容易疲劳,且得到的信息是模糊的,专业价值甚微。望远镜虽然有很高的集光能力,但用来观测流星性能是过剩的,且视场太小,流星出现在视野里只能碰运气。若想覆盖整个天空则需要成百上千个镜子,经费上就划不来。

  用摄像设备取代人眼来记录流星是非常自然的事。自90年代后,得益于高灵敏度感光元件的出现,用相机监测流星已经没什么门槛了,只需要在前置一个广角镜头,整个星空从此一览无余。同时由于摄像设备的小型化、易操作性,也使得不少天文爱好者可以搭建自己的设备来监测流星。

  我们的需求是搭建一个自动监测天空的全天相机,从而得知每颗流星出现的时间、方位、亮度等信息。其实搭建这样的单个系统非常简单,成本也非常低廉。主体是一个树莓派,(微型电脑)搭配相机、镜头,加上保护外壳和防雨罩,软件控制上是开源的,很容易找到提供的组织,初级的数据处理可以用商业化的UFOCapture等软件找到流星。选址时注意光害和后期可维护性即可。

从流星到流星监测网络

图5. 我们在站上利用行星相机简易搭建的全天相机(左)以及捕捉到的一张流星照片(右)

  当然并不是所有的全天相机都一样。有的团队考虑到数据处理过程中,使用单相机加180度广角的方案带来图像畸变难以修正,故选用多个相机多个视场叠加的方式,好处是很大程度上避免了畸变,缺点是提高了成本,且前期安装调试会麻烦点。

从流星到流星监测网络

图6. 不列颠群岛其中一个站点上的流星监测相机(图源:nemetode.org)

  星罗棋布的流星网络

  个体的力量是单薄的,流星的发生地并不局限于一地,一个站点无法对整个流星或流星雨的辐射点、流量得到完备的了解,至于实现前面阐述的科学目标更是不可能。现在我们有无数卫星实时监控地球表面,但是对头顶的星空却未能掌握其实时动态。所以我们会有一个自然的想法,能不能把所有的相机联合起来呢?

  如果地球上每个位置都有监控相机,它们的视野就能覆盖天球的各个角落,在这张大网24 h的监测下一颗流星都无法悄然溜走,我们对流星数据的获取就是完备的了。这就牵引出流星监测网络的概念。

  介绍这一概念之前,我们不妨先关注一下2012年的十月天龙座流星雨。那一次的流星雨流量极大, ZHR预计达到9,000 左右,这一罕见的爆发事件出乎了所有人的意料,事后翻阅却发现没有任何的观测报告仔细说明这件事。因为爆发的最佳观测时间对应的是亚洲的夜晚,而彼时的亚洲却没有相机在监测,使得本该记录在案的宝贵资料与我们失之交臂。

从流星到流星监测网络

图7. 克罗地亚一个相机在2018年10月9日一整晚监测到的流星情况,视场为88°×48°(图源:参考文献[5] fig1 )

  所谓“流星监测网络”是指在不同地点放置全天相机,实现对夜空全天候高灵敏度的观测。项目初衷是在成百上千个站点上放置全天相机,站点间距短则几公里,长则百公里,以得到良好的天空覆盖率,并不遗漏任何重要事件。各子站点统一的数据格式实时上传到中心服务器,再经过严格的自动化校准流程,让我们对近地流星体有实时的感知。随着大量高精度的数据积累,方便我们一窥流星背后的诸多科学奥秘。

从流星到流星监测网络

图8. 流星网络原理图,上部深色区域是两个相机重叠的天区(图源:参考文献[6] fig1)

  除了前面提到的太阳系认知、近地环境等方面,流星监测网络还有个妙用。火流星在大气中不会燃烧完,可以为我们带来珍贵的外星礼物。据估计,每50万平方公里的土地上,每年会落下十个火流星,带来至少300 g样本。以往找这些小石头会是个很费劲的活,在流星监测网络的帮助下,多个站点数据可以更好确定它的轨迹,方便我们缩小搜寻范围。

从流星到流星监测网络

图9. ANSMET团队的研究人员在南极寻找陨石(图源:Cindy Evans/pri.org)

  最早的流星监测网络可追溯到70年代,由于技术水平的局限性,只能用于探测特别亮的火流星。随着现代工业化的发展,流星监测网络搭建的技术难度和资金成本都大大降低:在一个站点配置一套科研级别的设备可以控制在人名币6,000元以内,地点的选择也比较随意,只要有电有网,光学环境不差即可。相比其他时域天文学遥远的“宏图大业”,流星监测网络技术难度较小、成本低廉,是最容易试手的。除了科研人员自行铺设每个站点,爱好者们可以向当地组织购买设备,置于家中,产生的数据一方面上传至服务端用于科研分析,一方面可以自行娱乐。

从流星到流星监测网络

图10. 欧洲和北美的流星监测网络,红点为站点情况,青色区域是它们覆盖的天空情况( 图源:参考文献[5] fig6)

  目前全世界大约有30个国家,450 台流星监测网络的相机在工作,这些设备并不是一个整体,而是国家或区域性的小网络。

  我国在流星监测网络上也有所行动。在2017年,由私营的青岛艾山天文台牵头,与国家天文台合作,建立了首个计划覆盖全国的专业监测网络。截止2021年8月份,已经在全国铺设了42个站点,并且已经建立了完善的单站观测、多站联测以及层级上报的观测体系。同时,我们台的李广伟老师在此基础上提出了“罗扇项目”,于去年11月的学术年会上正式公布,该项目旨在开展大面积流星光谱监测,目前还在如火如荼地进行当中。

从流星到流星监测网络

图11. 截止到2021年8月,全国流星监测站点所在位置(图源:qd-sky.cn)

  期待不久的以后,我们监测流星的“天网”编制地愈加密实,给我们带来流星雨背后的新认知。

  参考文献

  [1]彭焕文, et al. "丽江天文观测站全天相机介绍." 天文研究与技术 (2015).

  [2]梅林, 吴翔, and 周作超. "深圳市天文台全天云图监测系统的设计与实现." (2018).

  [3]田健峰, et al. "中国 SONG 项目节点全天云量监测方案." 天文学报 57.3 (2016): 366-375.

  [4]叶泉志. (2018). 业余天文学在中国: 现状与未来.

  [5]Vida, Denis, et al. "The Global Meteor Network–Methodology and first results." Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 506.4 (2021): 5046-5074.

  [6]Ott, Theresa, et al. "Meteoroid flux determination using image intensified video camera data from the CILBO double station." Proceedings of the International Meteor Conference, edited by: Rault, J.-L. and Roggemans, P., IMO. Vol. 2329. 2014.

  [7]Fernini, I., et al. "The UAE Meteor Monitoring Network." Journal of Instrumentation 15.06 (2020): T06007.

  作者简介:徐成亮,国家天文台研究生。

  文稿编辑:赵宇豪

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 壶口瀑布迎来暑期旅游高峰

  • 浙江舟山:东海开渔 千帆出海

独家策划

推荐阅读
极端天气正在深刻影响各国民众的生活选择,而中国的绿色产品正在其中扮演越来越关键的角色。
2026-08-12 10:23
近日,山东省青岛市首家机器人6S体验店开业,吸引众多消费者前来参观体验。
2026-08-12 10:21
近日,中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代研究团队副研究员要乐、王秋来与中国科学院青藏高原研究所副研究员魏强合作,首次系统揭示了地球倒数第二次大冰期的完整过程与机制。
2026-08-12 10:20
北京大学周丰教授、王旭辉研究员团队揭示极端高温影响水稻产量的新机制,相关成果于近日发表。
2026-08-12 10:16
增强科技创新体系化攻关能力,就是要以系统思维统筹国家创新体系的各类主体、各个环节、各项要素,构建安全可控、高效协同、良性循环的创新生态,提升国家创新体系整体效能。
2026-08-12 09:59
如果一个人童年时曾遭遇不幸和逆境,常让他在成年后面对风浪时,更容易陷入焦虑、抑郁等情绪障碍。目前,人们还没有能治疗童年逆境对大脑深远影响的办法,其中一个重要原因,就是过去没弄清背后的分子机制。
2026-08-11 09:41
日前发布的《加快农业农村现代化“十五五”规划》,将粮食综合生产能力确定为约束性指标,明确提出粮食综合生产能力从2025年的1.39万亿斤,提升到2030年的1.45万亿斤左右。在汶上县,2025年粮食种植面积稳定在150万亩、产量超过14亿斤;今年小麦平均亩产581.5公斤,眼下秋粮玉米长势喜人。
2026-08-11 09:39
氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源。氢能能量密度大,在长距离运输上有优势,被应用于公交客运、冷链运输、干线物流等场景。依托国家氢能示范城市群政策牵引,截至2025年底,我国氢燃料电池汽车累计销量近4万辆,氢燃料电池应用场景向矿卡、船舶、无人机、轨道交通等延伸。
2026-08-11 09:35
5月4日,人们在浙江省杭州市文三数字生活街区的AI黑科技市集上体验DeepSeek(深度求索)的人工智能大模型。从东南亚的政务服务到中东的能源行业,从欧美的初创企业到拉美的电商平台,中国大模型正在用实实在在的能力赢得全球用户的信赖。
2026-08-11 09:31
今年4月,上海极地考察国内基地,中国极地研究中心(中国极地研究所)极地船舶管理中心主任赵炎平望着完成考察任务的“雪龙”号,嘴角微微上扬,脸上洋溢着笑容。系统正式投运那一刻,孙宏斌说自己“很激动”,因为我国极地科考告别了40年的柴油依赖,率先迈入绿色能源新纪元。
2026-08-11 09:26
研究团队在实验室造了一个微型“知识世界”:图片是节点,关联概率是连线——像城市路网,有的路口四通八达,有的只有羊肠小道。罗欢说:“这意味着,那短短的先期接触,已经在大脑中搭起了一副以核心结构为支撑的压缩骨架。
2026-08-11 09:25
望远镜建起来后,让它们高效、智能、持续地产出高质量数据及成果,才是真正的挑战。而这道题的关键解法,就是人工智能。
2026-08-10 09:58
中国环流三号装置升级改造项目低温系统罐区14台大型储罐日前全部安装就位,标志着核聚变研究从零散单点技术攻关正式跨入多系统协同集成的工程化新阶段。
2026-08-10 09:57
近年来,我国加快布局空、海、潜一体化智能装备体系,构建起全域覆盖、自主可控的海洋立体安防网络,为海洋产业高质量发展筑牢安全屏障。
2026-08-10 09:55
当前,分散化、碎片化的创新模式已无法适应高水平科技自立自强的新要求,必须加快构建支持全面创新的体制机制,为发展新质生产力、确保2035年进入创新型国家前列提供澎湃动能。
2026-08-10 09:51
通用人工智能是人工智能发展的技术初心和前沿,是引领智能革命、重塑国家竞争力的战略制高点。新征程上,我们应勇担使命,积极探寻实现通用人工智能的中国道路。
2026-08-10 09:49
这不只是一幅地质图,还是一套中国自主的图例标准。
2026-08-07 09:48
最近不少“中国神器”在全球刷屏。这些出圈的国货新品,早已摆脱低端代工、低价走量的旧标签,折射出中国制造的创新迭代与品质跃升。国货新品不断出圈、新产业蓬勃发展的背后,是中国制造的硬核实力。
2026-08-07 09:47
今年7月,国家药监局批准全球首个选择性食欲素2型受体激动剂上市,用于治疗16岁及以上青少年和成人1型发作性睡病。5月,恒瑞医药与百时美施贵宝达成新药授权合作,确定性付款9.5亿美元……今年以来,我国新药的好消息不断。
2026-08-07 09:47
在数据要素赋能方面,2025年国家数据局发布了100个公共数据“跑起来”示范场景,联合19个部门组织举办2025年“数据要素×”大赛并发布241个典型案例。
2026-08-07 09:46
加载更多