流星雨無疑是一個(gè)有趣的天象,為得到流星雨的全景圖像,不能只重視高峰期的觀測,峰前峰后的觀測也很重要。觀測主要有以下幾種方法。
目視觀測
常見流星雨的觀測 一臺(tái)錄音機(jī)每小時(shí)至多可以記錄500顆流星,也就是每分鐘要記8顆。因?yàn)榱餍堑某霈F(xiàn)是隨機(jī)分布的,也可能每分鐘有15顆流星出現(xiàn),平均出現(xiàn)頻率很難確定,即使像限儀座、英仙座或雙子座這樣的流星雨,也會(huì)讓你一會(huì)兒在一兩分鐘內(nèi)不停地記錄,一會(huì)兒在一陣沉寂中無所事事。
錄音機(jī)始終不要停,看見一顆流星時(shí),只要對著麥克風(fēng)報(bào)出星等就可以了。如果流星出現(xiàn)率超過每小時(shí)200顆,個(gè)別流星星等的估計(jì)誤差造成的影響很小,所以即使對估計(jì)的流星星等不很確定,也不要停止報(bào)出星等。如果一個(gè)觀測點(diǎn)所有的觀測者都這樣做的話,就可以得到很好的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
對極限星等的估計(jì)常會(huì)被流星出現(xiàn)所打亂,建議在估計(jì)極限星等時(shí)停止觀測。當(dāng)許多流星同時(shí)出現(xiàn)的時(shí)候很難停止記錄,但這樣的情況僅會(huì)持續(xù)一兩分鐘。要記住最終流星的天頂每小時(shí)出現(xiàn)率(ZHR),準(zhǔn)確性主要取決于對極限星等的合理估計(jì),要有規(guī)律地在觀測過程中估計(jì)兩個(gè)極限星等天區(qū)。
強(qiáng)流星雨的觀測(HR=500—4000) 強(qiáng)流星雨的出現(xiàn)率平均每分鐘8顆~67顆,換句話說,就是會(huì)讓你處于不能合理地記錄流星星等的尷尬之中。每小時(shí)4000顆流星大約是每秒出現(xiàn)1顆流星,由于流星出現(xiàn)的隨機(jī)性,每秒有三四顆流星要記錄也是有可能的。這時(shí)要盡可能長時(shí)間地記錄流星星等,不必?fù)?dān)心你的估計(jì)缺乏準(zhǔn)確性。記錄的流星數(shù)目越大,你的結(jié)果就越具可統(tǒng)計(jì)性。另外,不要每記錄一次就停下錄音機(jī),讓錄音機(jī)一直開著,到時(shí)可以從播放的時(shí)間推斷出當(dāng)時(shí)的觀測時(shí)間;同時(shí)為了做時(shí)間校準(zhǔn),還要錄上觀測開始和結(jié)束的時(shí)間。這樣觀測完之后,你的錄音帶上就應(yīng)該有一個(gè)準(zhǔn)確的起始時(shí)刻,然后是許多的星等或哨聲的錄音,最后是確切的觀測結(jié)束時(shí)刻。
流星暴的觀測(HR>4000) 平均每秒一兩顆流星時(shí),可以通過向錄音機(jī)發(fā)出“嘀嘀”聲來進(jìn)行錄音記錄。出現(xiàn)率更高時(shí),加上流星出現(xiàn)的不均勻性,不可能用錄音的辦法一顆一顆地記錄,可以每10顆記錄一次,也就是說當(dāng)你印象中有10顆流星出現(xiàn)時(shí),就錄一聲“嘀”。同樣,也要錄下開始和結(jié)束的時(shí)間。另外一個(gè)方法曾用于1966年的流星雨觀測,觀測者盯住觀測天區(qū),一秒后,估計(jì)看到了多少顆流星。當(dāng)時(shí)最大估計(jì)值達(dá)到了40顆/秒。這種方法不很精確,因?yàn)閷σ幻氲臅r(shí)間和流星數(shù)目的估計(jì)都不會(huì)很準(zhǔn)確。
照相和攝像觀測
盡管對于目視觀測者來說,非常強(qiáng)的流星雨非常令人興奮,但這種情形更適合于照相和攝像觀測。攝像機(jī)是用不帶感情色彩的電子來記錄圖像的,無論是一個(gè)小時(shí)出現(xiàn)一顆流星還是一秒出現(xiàn)一顆流星,對攝像機(jī)來說毫無區(qū)別。
流星活動(dòng)曲線 攝像觀測主要是測定流星體的活動(dòng)并計(jì)算流星群的流量。廣角攝像機(jī)和肉眼一樣有較大的視場和一定的極限星等,可以記錄大量的亮流星。根據(jù)亮流星與較暗流星的比例,我們可以推測出流星群內(nèi)不同大小粒子的混合比。而且因?yàn)榕c目視觀測的相似性,廣角攝像觀測結(jié)果是用來校準(zhǔn)1966年的目視觀測數(shù)據(jù)的首選方法。
一般的攝像機(jī)和電視攝像機(jī)的視場較小,但能記錄下較暗的流星,由此得到的數(shù)據(jù)可以將廣角攝像系統(tǒng)獲得的流星流量曲線,拓展到產(chǎn)生暗流星的較小的流星體的范圍內(nèi)。這樣我們就能發(fā)現(xiàn)流星雨是否在一定的星等截止,以及肉眼看不到的流星數(shù)目是否持續(xù)以指數(shù)增長。
最后,采用一組不同鏡頭的攝像系統(tǒng),可以在15個(gè)星等的亮度范圍內(nèi)研究流星活動(dòng)——從-7等的火流星到最暗的7等的流星。建議同一地點(diǎn)的攝像觀測者合理安排觀測,以獲得不同大小的粒子產(chǎn)生的流星體的資料及更多的流星信息。
如果沒有攝像機(jī),照相觀測也可以為強(qiáng)流星雨活動(dòng)的流星群流量的估算提供數(shù)據(jù)。遇到強(qiáng)流星雨時(shí),在活動(dòng)高峰期應(yīng)曝光5分鐘,高峰前及高峰后應(yīng)增加曝光時(shí)間到10分鐘~20分鐘,整個(gè)觀測過程中應(yīng)用同一卷膠卷。
流星群軌道 觀測流星雨的另一個(gè)目的是通過流星雨的軌跡來測定流星群的軌道。為此最好采用照相觀測,盡管攝像觀測可以按星等大小順序記錄更多的流星,但精確度肯定比不上照相觀測。這主要是因?yàn)檎障嗟灼细泄馕镔|(zhì)的空間分辨率,比圖像增強(qiáng)器的熒光屏高10倍。觀測強(qiáng)的流星群活動(dòng)可以獲得足夠數(shù)目的流星照片,從而算出最佳的流星群軌道。
其他一些目的 通過攝像和照相觀測,可以獲得大量亮流星的資料,從而開展一些特定的研究。高分辨率的流星光譜非常少見,主要是捕捉足夠亮的流星的機(jī)會(huì)極小。用高精度的光柵,探測器的極限星等要比流星成像時(shí)低3個(gè)星等,所以,要想得到流星光譜,在缺少強(qiáng)流星雨活動(dòng)的時(shí)候,需要幾小時(shí)(攝像觀測)甚至幾千小時(shí)(照相觀測)守在儀器旁邊。即使在英仙座流星雨期間,平均最長曝光時(shí)間也需要幾十分鐘甚至幾十小時(shí)。在高于一般流星雨好幾個(gè)星等的流星暴期間,才有機(jī)會(huì)在一個(gè)觀測夜里得到幾條高質(zhì)量的流星光譜,從而將單個(gè)流星體的光譜與大量的統(tǒng)計(jì)樣本進(jìn)行比較,然后對差異做出評估。
攝像觀測和照相觀測的另外一個(gè)特別的目的是記錄下久現(xiàn)流星余跡。流星雨主要是由來自于彗星的高速流星群引起的,這將會(huì)產(chǎn)生大量的久現(xiàn)流星余跡,有時(shí)會(huì)在幾十分鐘內(nèi)可見。流星體的數(shù)目越大,記錄下亮的久現(xiàn)流星余跡以及它被高層大氣扭曲的機(jī)會(huì)就越多。攝像機(jī)可以記錄下流星余跡所有細(xì)微的變化,而通過長時(shí)間的曝光,照相設(shè)備可以記錄下目視和攝像觀測已不可見時(shí)久現(xiàn)流星余跡的發(fā)展過程。如果你有一個(gè)光柵或棱鏡,但沒有攝像機(jī),應(yīng)該考慮將它們裝在照相機(jī)上,在非常亮的火流星出現(xiàn)并留下一條持續(xù)幾十秒的余跡時(shí)進(jìn)行拍攝。流星余跡的光譜極其稀少。
在流星雨的觀測中,攝像機(jī)和照相機(jī)或許可以給你帶來終身難忘的紀(jì)念品。1966年,獅子座流星雨的那張有70多個(gè)流星的照片,不但在流星觀測者中赫赫有名,在整個(gè)天文愛好者中也引起了轟動(dòng)。所以請珍惜每一次機(jī)會(huì),使你成為幸運(yùn)者!
望遠(yuǎn)鏡觀測
為了得到更完善的流星雨的圖像,有必要在各種亮度范圍內(nèi)觀測流星。能被望遠(yuǎn)鏡看到的流星要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過肉眼,可以提供比目視更暗的流星的信息,對業(yè)余觀測者來說,也是唯一能夠獲得暗于6等的流星信息的方法。
主要的目的是測定在整個(gè)過程中暗流星群的流量,而不僅僅只在高峰期;另外,還可以測定流星進(jìn)入高峰活動(dòng)的時(shí)刻。如果要選用天文望遠(yuǎn)鏡或雙筒望遠(yuǎn)鏡,就要注意選用大視場的(最大達(dá)70°)以及合適的儀器來探測盡可能暗的流星。
一般流星活動(dòng)(HR<30) 根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn),在暗處用筆作圖每小時(shí)最多可記錄25顆~30顆流星。對于低于每小時(shí)30顆的采用標(biāo)準(zhǔn)的筆畫技巧,可選兩個(gè)天區(qū),每個(gè)視場約30分鐘。合適的國際流星組織(ZMO)天區(qū)圖是123和147,80和146,81和145,103和146。記錄和畫流星路徑所用的時(shí)間也要記下來,這對流量測量也是很重要的。如果流星出現(xiàn)的頻率不是太高,不要忘記畫出久現(xiàn)流星余跡的扭曲。
如果出現(xiàn)頻率太高,要運(yùn)用下面的技巧。
較強(qiáng)流星活動(dòng)(HR=30~500) 每小時(shí)30~500的流星出現(xiàn)頻率對筆畫記錄要求太高了,在給定的時(shí)間,與目視觀測相比,記錄天區(qū)小,望遠(yuǎn)鏡觀測相對來說較容易。
選取一個(gè)天區(qū),盡管在ZMO天區(qū)可以做出極限星等的估計(jì),但這里不必是ZMO選定的天區(qū),重要的是要有不同亮度的恒星,而且位于流星輻射點(diǎn)以上10°~20°。觀測過程與目視觀測一樣,但需要一些特別的技巧。如果對使用錄音機(jī)不熟悉,需要預(yù)先練習(xí)。對視場內(nèi)的幾個(gè)恒星做出極限星等的精確估計(jì)很重要,而且需要經(jīng)常做出估計(jì)。對那些自己選定的天區(qū),不知道觀測天區(qū)內(nèi)恒星的星等,應(yīng)估出目視極限星等。
記錄看到的流星的星等時(shí),應(yīng)把與流星雨無關(guān)的偶發(fā)流星除外。這樣在一陣流星來的時(shí)候可以節(jié)省些時(shí)間,估計(jì)流星星等的速度要快,所以對所選天區(qū)的恒星星等要比較熟悉。最好在流星雨活動(dòng)開始的時(shí)候先練習(xí)一下這個(gè)過程。
強(qiáng)流星雨(HR=500—4000) 參照相應(yīng)的目視觀測注意事項(xiàng)。如果流星出現(xiàn)頻率達(dá)到幾秒一顆或一秒一顆,只記錄星等,甚至連星等值前的“+”號(hào)也可省略。星等值為負(fù)的流星相當(dāng)少見,如果出現(xiàn)的話,應(yīng)暫時(shí)停下來等眼睛重新適應(yīng)后再觀測。
流星暴的觀測(HR>4000) 即使你能連續(xù)觀看流星,在這樣的出現(xiàn)頻率下,你必須長時(shí)間地保持不閉眼睛。如果觀測者在流星暴發(fā)生時(shí),能對眨眼睛的時(shí)間做一些測量,是很有價(jià)值的。可采用目視觀測中的記錄方式,出現(xiàn)一個(gè)流星,對錄音機(jī)說一聲“嘀”。用天文望遠(yuǎn)鏡觀測,對流星的計(jì)數(shù)應(yīng)比目視觀測計(jì)數(shù)容易,因?yàn)橐晥鲚^小。
無線電觀測
無線電流星散射儀是連續(xù)觀測流星的理想儀器。流星余跡可以將遠(yuǎn)處發(fā)射器的無線電信號(hào)反射回地球,所以當(dāng)一顆流星出現(xiàn)時(shí),有可能接收到一小段2000千米遠(yuǎn)的無線電臺(tái)發(fā)出的廣播信號(hào)。
這種觀測技術(shù)在業(yè)余觀測者中發(fā)展很快。近年來,一些團(tuán)體開始使無線電觀測自動(dòng)化,用電腦來記錄收音機(jī)接收到的信號(hào),但理論上尚不完善,業(yè)余的無線電觀測仍處于試驗(yàn)階段。
火流星的觀測
明亮的火流星劃過夜空的景象的確令人難忘。即使是受過良好訓(xùn)練的觀測者也可能會(huì)被大自然的美所折服而忘記記錄數(shù)據(jù),或者因心情激動(dòng)而出錯(cuò)。而且火流星相對少見且出現(xiàn)無法預(yù)測,所以無法做火流星的觀測練習(xí)。亮的流星可以比一般的流星提供更多的信息,要有統(tǒng)一的記錄方式,并知道該記什么。
火流星一出現(xiàn),要看看鐘表定下時(shí)間,最好準(zhǔn)確到秒,事后鐘表要與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間校對一下。接下來,趁對流星余跡的印象尚未模糊之際,記下余跡運(yùn)行的表觀路徑。如果你將觀測數(shù)據(jù)記錄在磁帶上,或者只是目睹而未做記錄,至少應(yīng)該標(biāo)出流星余跡經(jīng)過的三個(gè)主要的點(diǎn)。然后你應(yīng)記下其他一些觀測數(shù)據(jù),如碎片、顏色、表觀速度、閃光和聲音。最后,記下表觀星等,這通常比較好記。當(dāng)火流星非常亮,超過月亮1/4的亮度(大約-9等或10等)時(shí),記錄的準(zhǔn)確性可能較低。這時(shí)要做一些比較性的描述(如“亮過滿月”)或記下星等范圍(例如:在-11~14)。如果可能,應(yīng)記下所有星等的變化(亮度曲線)。
這里要特別提一下流星發(fā)出的聲響,曾有的記錄很少,但這方面的信息很重要。聲音在空氣中傳播的速度比光速慢得多,所以正常的聲音應(yīng)在光學(xué)觀測后幾分鐘才可以聽到。在記錄上面提到的觀測數(shù)據(jù)的同時(shí),應(yīng)準(zhǔn)備收聽流星發(fā)出的聲響。流星發(fā)出的聲響源自低于60千米高度的彈射軌道上,可能會(huì)有“嘭”或“嗖嗖”的聲音,或者別的一些響聲。當(dāng)然,在做光學(xué)觀測的同時(shí)也會(huì)聽見一些聲音,這并不是幻覺。這些不尋常的聲音看來產(chǎn)生在流星軌跡的高端,源自于與極低頻的無線電波的作用,產(chǎn)生的波以光速傳播,在遇到絕緣物質(zhì)如大質(zhì)量的物體和大氣層的電子活動(dòng)時(shí),便被轉(zhuǎn)化成聲波被我們聽到。
要辨認(rèn)并除去非流星發(fā)出的聲響,如:汽車、飛機(jī)、其他一些機(jī)器或動(dòng)物發(fā)出的聲音。據(jù)研究,當(dāng)火流星的星等亮于-8等時(shí),有可能發(fā)出聲響。
火流星的照相觀測可以得到一些有用的信息,但目視觀測仍是必需的。只有少數(shù)的照相觀測有時(shí)間的記錄,而確切的時(shí)間記錄對日后的計(jì)算至關(guān)重要。更進(jìn)一步,照片無法給出火流星的真實(shí)顏色、久現(xiàn)流星余跡和聲音方面的信息,而且火流星碎片方面的數(shù)據(jù)也無法從靜態(tài)的照片中得出。
流星體與大氣中粒子的碰撞會(huì)引起二者的物質(zhì)蒸發(fā)和電離,也有一些原子能態(tài)(亞穩(wěn)能級(jí))可能會(huì)存在幾秒。這些能級(jí)的輻射會(huì)在很長時(shí)間內(nèi)可見,形成久現(xiàn)流星余跡,在流星體消逝后呈現(xiàn)在夜空之中。大的流星體進(jìn)入大氣層時(shí)會(huì)在其彈射軌道的尾跡上留下大量不發(fā)光的物質(zhì),形成所謂的流星煙跡。有兩種機(jī)會(huì)可能看到流星煙跡:一是在白晝流星出現(xiàn)時(shí),伴隨流星劃出的明亮的軌跡會(huì)看到流星煙跡;二是在傍晚時(shí),光線已經(jīng)減弱,可以看見流星煙跡。即使很晚,有些流星余跡出現(xiàn)的高度仍能被太陽照亮,使得余跡看起來很亮,這兩種余跡會(huì)沿著流星體的彈射軌道產(chǎn)生在20千米的高度,強(qiáng)風(fēng)會(huì)使余跡在相對短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化。 (屈智圖)