[科普中國]-象限儀座流星雨

形成原因

象限儀座流星雨，是個(gè)已經(jīng)廢棄的星座，流星雨原名“天龍座流星雨”，它的輻射點(diǎn)原本位于天龍座，現(xiàn)今已經(jīng)轉(zhuǎn)移到牧夫座。象限儀流星雨，為傳統(tǒng)大流量的流星雨，對于天文學(xué)家和天文愛好者來說，都是最陌生的一個(gè)，就連它的母體彗星直到現(xiàn)在還是一個(gè)迷。一種觀點(diǎn)是象限儀流星雨的母體彗星為C/1490 Y1和C/1385 U1，而有的科學(xué)家認(rèn)為它是小行星2003 EH1所帶來的。這個(gè)流星雨或許是地球經(jīng)過小行星 2003 EH1 (原來是彗星，疏松物質(zhì)被太陽吹散后，剩下的彗核變成是小行星) 在軌道上的殘留物所形成的 。

名稱由來象限儀座流星雨，是個(gè)主要的流星雨，為了避免與十月出現(xiàn)的另外一個(gè)主要流星雨“十月天龍座流星雨”混淆，故此采用個(gè)廢棄了的星座來命名，亦是國際天文聯(lián)會(huì)唯一的一個(gè)用不存在星座來命名的流星雨。較舊的中文天文書刊多采用原名，現(xiàn)時(shí)仍有部份中文刊物稱這個(gè)流星雨為“天龍座流星雨”。

發(fā)生時(shí)間象限儀是一個(gè)古老的星座。象限儀座流星雨是每年年初都會(huì)發(fā)生的一個(gè)比較大的流星雨，據(jù)預(yù)測每小時(shí)達(dá)上百顆。象限儀座流星雨的活動(dòng)期為1月1日到5日，極大一般在1月3日左右。極大時(shí)的平均天頂流量每小時(shí)為120，經(jīng)常在60 ~ 200之間變化。流星的速度屬于中等，41km/秒，亮度較高。

探索歷史1825年1月2日，意大利的A.Brucalssi在做出象限儀流星雨的第一個(gè)觀測記錄，他記錄道“太空中有大量隕落的星星”。

1835年1月2日，瑞士的L.F.Wartmann同樣記錄到“太空中有大量隕落的星星”。

1838年1月2日，瑞士的M.Reynier都有同樣的記載。

1839年，布魯塞爾天文臺(tái)的A.Quetelet和美國的E.C.Herrick都做出了獨(dú)立的觀測。第一個(gè)觀測到“一月初流星群的活躍現(xiàn)象”，流星群被起名叫“象限儀流星雨”。象限儀座是19世紀(jì)初星圖上的一個(gè)星座。它的位置在武仙座、牧夫座和天龍座之間。

1863年，美國的S.Masterman取得了相關(guān)數(shù)據(jù)，他指出輻射點(diǎn)位于赤經(jīng)238度，赤緯46度26分。

1864年，英國的A.S.Herschel教授就觀測到了不尋常的爆發(fā)，他在輻射點(diǎn)高度僅19度的時(shí)候每小時(shí)仍然看到60顆。J.P.M.Prentice就觀測到了每小時(shí)131顆的流星雨。

在1864年的流星群活動(dòng)中，最早的觀測數(shù)據(jù)在1863年12月28日，而最遲的是1864年1月7日。不過，流星群在1月3日到4日的爆發(fā)是很突然的。

1930年，美國的R.M.Dole確定了象限儀流星雨的火流星占5.0%。以后，還有英國皇家天文學(xué)會(huì)確定的火流星占7.4%。

1864年到1953年，觀測的122個(gè)觀測數(shù)據(jù)確定流星群每小時(shí)流量為45顆。但是，這遠(yuǎn)不是一個(gè)一致的結(jié)果。

1960年到1974年，美國佛羅里達(dá)的N.Leod III一直觀測象限儀流星雨。他確定了流星平均星等2.81，以及火流星占5.6%。

1965年到1971年，英國的K.B.Hindley使用了英國天文學(xué)會(huì)的觀測數(shù)據(jù)，指出流星雨每小時(shí)流量達(dá)到最大流量一半以上的時(shí)候的時(shí)間還不到16小時(shí)。后來他又用了英國天文學(xué)會(huì)、英國流星觀測組織和北美流星觀測組織的數(shù)據(jù)，指出除了流星群極大當(dāng)天以外，流星群的流量都在每小時(shí)10顆以下。

1971年，Hindley用利物浦大學(xué)的IBM360/65計(jì)算機(jī)計(jì)算流星群的軌道，結(jié)果竟然發(fā)現(xiàn)流星輻射點(diǎn)的半徑竟然有8度。

1979年，I.P.Williams，C.D.Murray和D.W.Hughes再次使用了Hamid-Youssef理論，不過他們用了一個(gè)流星暴雨模式和10個(gè)測試流星來推算軌道。他們確認(rèn)了1500年前的流星群的情況，不過發(fā)現(xiàn)流星軌道不變這一事實(shí)只持續(xù)了3000年。他們說這個(gè)流星群的軌道將在未來的200-1000年內(nèi)不與地球軌道重疊，并且地球軌道和流星群密集部分相遇的情況只能持續(xù)150-200年。他們還推測母體彗星可能由亮顆組成，一顆已經(jīng)存在1300年，另一顆可能存在了1690年。

1979年，關(guān)于象限儀流星雨的未來得到定論。流星群將繼續(xù)保持72度的軌道傾角，但是近日點(diǎn)距離將逐漸增大，最終將超過1AU。也就是說，地球在2400年之后將不會(huì)遭遇象限儀流星雨的密集物質(zhì)。

1985年，K.Fox再次對象限儀流星雨的軌道在過去和未來1000年的情況進(jìn)行研究。他指出，流星群第一次活動(dòng)是從八月份開始的，來自赤經(jīng)341.1度，赤緯12.8度。他也同樣得出1000年以后地球?qū)⒉辉俅┻^象限儀流星群軌道的結(jié)論。

從2009年1月1日至5日，都是象限儀座流星雨的活躍期，其極大值出現(xiàn)在北京時(shí)間1月3日21時(shí)左右。象限儀座流星雨的輻射點(diǎn)位于天龍座和牧夫座附近，后半夜的觀測條件比較好，輻射點(diǎn)位置隨時(shí)間的變化情況。位置對于許多中國北方地區(qū)，屬于拱極星座，終年不會(huì)沉入地平線之下。

2013年母體彗星過近日點(diǎn)，值得期待;天龍座流星雨，預(yù)期沒有爆發(fā)跡象;獅子座流星雨，由于母體彗星處于距離太陽最遠(yuǎn)時(shí)期，觀察到流星的數(shù)量比常年偏少，預(yù)期也沒有爆發(fā)跡象;雙子座流星雨，由于受月光影響，看到流星的數(shù)量將大打折扣。

2012活動(dòng)時(shí)段：2011年12月28日 — 2012年1月12日，極大時(shí)期: 北京時(shí)間1月 4日, 15時(shí)20分。（通常120顆，但有時(shí)可能會(huì)有60到200顆，不過2012年受月光較強(qiáng)，輻射點(diǎn)偏北，我國北方比南方觀看更佳）。

2013年1月2日，新疆天文學(xué)會(huì)和新疆天文臺(tái)共同組織開展了象限儀座流星 雨觀測活動(dòng)。來自烏魯木齊80中的 31名天文愛好者在新疆天文臺(tái)南山觀測基地不畏嚴(yán)寒，以極高的 熱情進(jìn)行了整夜的 觀測活動(dòng)。雖然象限儀座流星 雨未能按時(shí)赴約，但偶爾來自雙子座方向的 流星 也讓天文愛好者激動(dòng)不已2。

2014年首次象限儀座流星 雨大流星雨，將于1月3/4日精彩上演，但惡劣的 天氣常常令在漫長的 夜晚裹著厚重冬裝急切等候的 觀測者感到失望3。

2017年1月3日晚至4日晨，天津市天文學(xué)會(huì)秘書長劉潔說，象限儀流星雨適合北半球中高緯度地區(qū)觀測。從新年之前的12月28日至次年的1月12日，人們都有可能看到該流星雨的群內(nèi)流星，而其流量最大通常出現(xiàn)在1月4日前后，此時(shí)假定輻射點(diǎn)位于天頂?shù)脑?，每小時(shí)的群內(nèi)流星數(shù)目通常可達(dá)120顆左右。4

2020年，象限儀流星雨將于北京時(shí)間1月4日16時(shí)20分前后迎來極盛，拉開新年天象大幕。從2019年的12月28日至2020年的1月12日，人們都有可能看到該流星雨的群內(nèi)流星，而其流量最大通常出現(xiàn)在1月4日前后，此時(shí)假定輻射點(diǎn)位于天頂?shù)脑?，每小時(shí)的群內(nèi)流星數(shù)目通?？蛇_(dá)120顆左右，但實(shí)際能被觀測到的流星數(shù)量將要少許多。象限儀流星雨雖然流量不小，但極盛持續(xù)的時(shí)間很短，峰值過后流量會(huì)迅速下降。因此，對于中國公眾來說，較好的觀測時(shí)段是3日晚至4日清晨，且4日凌晨零時(shí)以后月亮?xí)湎拢瑹o月光干擾，也更利于觀測5。

2021年1月3日，象限儀座流星雨的流星數(shù)量將達(dá)到峰值，當(dāng)晚22點(diǎn)之后，人們就可以觀賞這次象限儀流星雨的景觀，整個(gè)過程持續(xù)大約4到6小時(shí)，預(yù)計(jì)每小時(shí)流星數(shù)量理論值可達(dá)110顆。不過，受當(dāng)晚月光的干擾，我們實(shí)際能看到的流星數(shù)量可能會(huì)減少。61

主要特點(diǎn)亮度r是象限儀流星雨的一個(gè)重要參數(shù)。r所代表的就是同一流星群內(nèi)亮流星數(shù)目所占的比例，如果一個(gè)流星群的r值為3，那么某一星等的流星數(shù)量就是比它亮一個(gè)星等的流星的3倍。r值越小，亮流星所占例也就越金。絕大多數(shù)的流星群r值都在2.6以上，而象限儀流星雨的僅為2.1，可見是一個(gè)亮流星很多的群，也非常適合照相觀測。7

波動(dòng)象限儀流星雨流量最不穩(wěn)定，其zhr值在60至200之間浮動(dòng)很大。例如在1909年（ZHR=202顆）和1922年（ZHR=79顆）就有過強(qiáng)烈爆發(fā)，而在1901年（ZHR=17顆）、1927年（ZHR=20顆）和1940年（ZHR=21顆）流量很小。造成這個(gè)結(jié)果的主要原因還是和這個(gè)流星群很短的爆發(fā)時(shí)間有關(guān)。在北半球嚴(yán)冬的夜晚，如此短暫的極大很有可能會(huì)被錯(cuò)過。但隨著觀測技術(shù)的革新，極大時(shí)刻也被捕捉得非常精確了。

唯一確定的只有極大位置，黃經(jīng)282.9度，但是需要強(qiáng)調(diào)的就是這只是目視觀測的結(jié)果。1947年到1951年，J.Bank進(jìn)行了無線電觀測，確定極大黃經(jīng)為282.5度，目視極大和無線電極大時(shí)間差異的原因可能是由于波恩廷-羅伯特森效應(yīng)。也就是說，無線電極大比目視極大平均提前6.3小時(shí)。

有趣的是，象限儀流星雨的最大值波動(dòng)越來越大。英國流星協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，1965年到1971年，流星雨最大值最大量達(dá)到190，最小只有65；1971年，日本流星監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)顯示流星群的平均值為101.2。

實(shí)際上，根據(jù)理論，象限儀流星群的一些變動(dòng)可能是由于木星引起的。在每一次波動(dòng)之間有11.86年的周期。不過，木星對流星群的影響還遠(yuǎn)不止這么多。木星牽扯流星群的軌道，使它后退，計(jì)算流星群軌道后退的速度為每世紀(jì)0.31度、0.41度、0.54度和0.6度。第一個(gè)對這個(gè)攝動(dòng)做出研究的是S.E.Hamid和M.N.Youssef，他們在1963年把1954年以來拍攝的流星照片和木星在過去5000年間引起的攝動(dòng)互相比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5000年前母體的軌道夾角是72度。至于為什么流星群分成了兩塊，他們也找到了答案。他們指出母體在5000年前、4000年前和1500年前都在很近的地方經(jīng)過木星，結(jié)果軌道發(fā)生了很小的改變，并且隨著時(shí)間的推移，這種改變的效應(yīng)越來越明顯。1963年底，Hamid和Whipple又進(jìn)一步指出象限儀流星雨和寶瓶座流星雨可能有一個(gè)共同的來源。因?yàn)樵?300-1400年前，它們的軌道很相似。“并且，他們補(bǔ)充，“它們的流星狀態(tài)都很相似?！?/p>

輻射關(guān)于輻射點(diǎn)的問題，盡管很早就確定流星輻射點(diǎn)是赤經(jīng)229.5度，北緯49.4度。但是正如G.E.D.Alcock和J.P.M.Prentice指出“很難確定象限儀流星雨的輻射點(diǎn)”，有時(shí)候竟然可以觀測到13個(gè)輻射點(diǎn)一起向外輻射流星。

觀測要點(diǎn)雖然預(yù)測流星雨的理論進(jìn)步不小，但在時(shí)間和數(shù)量上仍可能存在較大的誤差，故此有志進(jìn)行科學(xué)觀測的朋友應(yīng)于極大期前后1至2天均作觀測。

象限儀座在1月4日凌晨0:15分升出地平線，在極大期間，于東北方距地平線約15度的低空。雖然流星雨輻射點(diǎn)在象限儀座，但流星出現(xiàn)時(shí)不一定是輻射點(diǎn)附近天區(qū)，而是距離輻射點(diǎn)40至60度的地方，所以請選擇天空視野開闊的地點(diǎn)進(jìn)行觀測，最重要是西北方無遮擋。

郊外天空固然較黑，能看到更多暗的流星，但考慮到交通、天氣變幻莫測等因素，若能在居所附近（例如花園平臺(tái)）能找到一處天空視野范圍廣闊的地點(diǎn)也是上選。流星雨只需用肉眼觀看即可，基本上不需借助望遠(yuǎn)鏡。觀測時(shí)的應(yīng)帶備星圖、紅光電筒、地席或摺椅。

如要進(jìn)行天文攝影，需配備具有"B"快門（可作長時(shí)間曝光）的相機(jī)和高速菲林。將鏡頭對焦至無限遠(yuǎn)，對準(zhǔn)象限儀座或其鄰近星座，把光圈調(diào)至最大，曝光5分鐘，應(yīng)有收獲 。897