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看这场流星雨,一辈子的愿望都能许完

本帖由 漂亮的石头2015-10-05 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

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    流星雨和流星暴的区别是什么?

    [​IMG] One Two,效果拔群!

    ZHR(每小时天顶流星数)≥ 1000 的流星雨称为流星暴。

    这样一个数字可能比较抽象,咱们可以做一个实验直观地感受 1000 的 ZHR 到底是什么水平。实验器材很简单,一条洗脸毛巾,水,一个具有计时功能的手表足矣,条件允许可以再备一个倒计时设备。以下是实验步骤:

    1. 将洗脸毛巾完全浸湿。
    2. 将浸湿的毛巾重新挂起。
    3. 在保证可以数清楚下落水滴时开始倒计时 1min,记录 1min 内下落的水滴数。
    4. 倒计时结束后,休息 2min,重复步骤 3。

    刚才趁有空试验了一下,下面是实验结果:

    • 和上面的实验步骤略有不同,我并不是等到可以数清楚水滴时开始计数,而是在挂起毛巾 2min 后开始计数。
    • 第一次计数,1min 内有 53 颗水滴下落。
    • 第二次计数,1min 内有 10 颗水滴下落。
    • 第三次计数,1min 内有 3 颗水滴下落。

    如果将每次记录的水滴数看作流星数,那么三次记录代表的三个级别的流量分别是 53×60=3180,10×60=600,3×60=180。并且这是实际观测到的流星数,考虑到辐射点的高度以及极限星等,天气等因素,还需要乘以一个 2~3 的系数(具体可以参考我这个回答:在你的专业里,有什么基础知识是和普通人的认识不相符的?- One Two 的回答),才是真正的 ZHR。


    先说一个和流星雨相关的专业术语:「每小时天顶流星数」(Zenithal Hourly Rate,简称 ZHR)。ZHR 值表示理想状态下观测者每小时能够看到的流星数,那么「理想状态」是个什么状态呢?

    • 辐射点位于天顶
    • 极限星等 6.5 等
    • 天空晴朗无云
    • 观测者视力良好,观测时不走神

    反正就是个很(bu)理(xian)想(shi)的状态啦,换句话说,实际观测中看到的流星数量只可能比 ZHR 值低。而非常不幸的是,媒体报道流星雨时往往就把 ZHR 值直接翻译成「每小时能够看到 xx 颗流星」,忽略了这是一个理想状态下的数值,这样的做法是不可取的。

    这样就引出另外一个问题了,既然 ZHR 值如此不现实,应该要有一种修正公式让其变得现实一些。修正公式长这样 [1][2]

    [​IMG],或者是

    [​IMG],其中​

    • [​IMG]表示实际观测到的流星流量(颗 / 小时)
    • [​IMG]是云量修正系数,[​IMG][​IMG]表示云量(%)
    • [​IMG]表示族群指数(Population Index),不同流星雨的[​IMG]值不同,大多介于 2-3
    • [​IMG]是极限星等
    • [​IMG]表示辐射点的地平高度(°)

    举个栗子,2013 年 8 月 13 日凌晨时英仙座流星雨的 ZHR 值为 109 [3],那个时候我就在从化某山旮旯看流星雨,当时天气晴朗,银河清晰可见,极限星等约 5.5。我在 1.5h 内看到 30 颗群内流星,也就是 20 颗 / 小时。

    是的,号称全年三大流星雨之一(其余两个是双子座流星雨和象限仪流星雨)的英仙座流星雨我最后只能在一小时内看 20 颗,还是在无云,极限星等已有 5.5 的情况下。

    之所以和 ZHR 值相差甚远,主要原因是当时辐射点的地平高度并不高,只有大概 30°,另外极限星等也没有达到 6.5。将我的观测值带入上面的修正公式:

    [​IMG]

    ,与 109 相差不大。

    接下来说说什么是「流星暴」,我们一般认为 ZHR 值大于 1000 的流星雨可以称作流星暴,这是什么水平,平均 3 秒一颗流星,要是每三秒钟天上掉一滴水,没有人会觉得在下雨,只会想是不是哪家把没拧干的衣服晾出来了......别忘了这还是理想状态。就算我们假设一个好一点的观测环境,比如极限星等 5.5,天空无云,辐射点高度 45°,r 值取 2,那么实际观测值应该是

    [​IMG]

    ,大概 10 秒一颗流星。

    PS:历史上的流星暴多数来自狮子座流星雨,这也是为什么狮子座流星雨会有「流星雨之王」,「狮王の怒吼」这样的美名。最近一次狮王怒吼发生在 2001 年,我有幸亲眼目睹,也成为了我入坑的标志。

    若取系数为 3,则最终的 ZHR 分别是:

    • 3180×3=9540
    • 600×3=1800
    • 180×3=540

    在正式开始实验前我还做了一次预实验,那次的实验结果是一分钟 88 颗水滴,相当于 ZHR=88×60×3=15840。我在短短十多分钟内「看」了四种流量的流星雨,想想还是挺激动的(并没有)。

    下面说说实验感受,在预实验的时候(ZHR=15840),我几乎数不过来水滴,有时候甚至有 3-4 颗水滴同时下落。在历史上 ZHR 超过 10000 的流星雨应该屈指可数,印象中最高的 ZHR 可能出自 1966 年狮子座流星雨,据称在短时间内 ZHR 达到了 150000,这可是我预实验 10 倍的水平,也就是说当时可能有 30-40 颗流星同时出现!这个水平估计可以跟真正的下雨相比了,但要注意这已经是历史上有记录的最高流量的流星雨了。

    正式实验的第一次计数(ZHR=9540)时,整个计数过程比较舒服,算下来就是 1 秒一滴水。如果是真正的流星雨观测,这样的流量看上 10 分钟估计是快感十足。不过这样的流星雨同样罕见。

    第二次计数(ZHR=1800),可能是前两次的水滴太快太多,到这一次计数时觉得水滴下落的速度明显慢了下来,一分钟只有 10 颗水滴,相当于一分钟看见 10 颗流星,但需要注意的是这已经是流星暴的级别。2001 年狮子座流星雨极大时 ZHR 大约是 3000,大约是第二次计数两倍的水平,我有幸欣赏到 01 年「狮王的怒吼」,然后就走上了天文这条不归路......

    第三次计数(ZHR=540),这一次的水滴少得可怜,一分钟只有三颗水滴,连看三场「流星暴」的我发现原来 ZHR=500+ 的流星雨竟是如此冷清无趣。然而讽刺的是,全年三大流星雨的流量甚至还不及这种水平。就拿最稳定的双子座流星雨来说,其近年的流量基本可以维持在 120+,有几次甚至冲到了 200+。但即便如此,也不过是两分钟三颗流星的水平。

    这大概就是流星雨与流星暴的区别。以上的实验感受仅代表个人,建议大家有空自行实验,已经看过流星雨的可以感受一下这辈子可能没机会看到的特大流星暴长什么样;对流星雨充满幻想的可以通过实验解解毒,全年三大流星雨的标准流量,比挂了 8 分钟的,没拧过的毛巾的水滴流量,还要少。

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