【社刊 19 冬至】The night the star fell—獅子座流星雨

作者:謝沐辰

1883年11月12號凌晨,當人們準備迎接晨曦時,卻有一個不速之客搶先日光驅趕了凌晨天空的晦暗,每小時數萬顆的火光畫破天際,人們只怕這是聖經中所描述的審判日——「蒼穹上的繁星將墜落」。天空中的獅子座像是在熊熊燃燒還噴出了數萬顆火球,人們都驚慌失措。這時候耶魯大學的教授歐蒙史泰德(Denison Olmsted)在觀測後提出了科學的理論,說明了他們並不是天上掉下來的星星更不是上帝的審判,那這個神祕又華麗的現象到底是什麼呢?

接著就要從獅子座流星雨的形成說起,也就是她的母彗星——坦普爾‧塔特爾彗星(55P/Tempel-Tuttle),這是一顆週期約為33年的繞日彗星,在她繞向太陽時會受到太陽的熱能而使內部的水分蒸發,連帶著把一些塵粒、碎塊帶離彗星本體而成為流星體,這些流星體就會在廣闊宇宙空間中形成一道靜謐的流星體溪流,就像彗星的尾巴,而地球的繞日軌道會碰到這條溪流,我們地球的重力便賦予了它流動的機會,當那些流星體進入大氣層時,高速運動的流星體與大氣分子碰撞時,大氣中的空氣分子會被激發或游離,同時流星體也因高溫而熔化,形成蒸氣狀態並分解為原子、離子,那些被激發或游離的電子回復到原來的狀態時,將釋出能量而發光。就變成我們看到的流星了!又為何稱為「獅子座」流星雨呢?那是因為此流星雨的輻射點的後方正好是獅子座。位於獅子座頸部的軒轅十二附近。

為什麼說坦普爾‧塔特爾彗星「造成」獅子座流星雨呢?在它繞向太陽時會受到太陽的熱能而使內部的水分蒸發,連帶著把一些塵粒、碎塊帶離彗星本體而成為流星體,這些流星體就會在萬里絕人煙的宇宙空間中形成一道流星體溪流,就像彗星的塵跡。這些塵跡並非靜止不動,在地球軌道附近的流星體速度最高為每秒42公里,而地球的繞日軌道會經過這條流星體溪流,我們地球會迎面撞上他們,因此流星體的速度就是地球(約每秒30公里)和流星體的合成速度(可從每秒11到72公里)。當那些流星體進入大氣層時,運動中的流星體因為速度極快,與周圍空氣分子交換的熱量甚少可以視為絕熱系統,流星體壓縮大氣分子使溫度升高,因高溫而讓大氣分子被激發或游離,同時流星體也因高溫而熔化與崩解,形成蒸氣狀態並分解為原子、離子,那些被激發或游離的電子回復到原來的狀態時,將釋出能量而發光,那亮光就變成我們看到的流星了!


圖一:圖中右側較寬廣的軌道是坦普爾‧塔特爾彗星在西元126年前的軌道,靠近中間的兩個橢圓則是被天王星引力引響後的軌道。可以看到橢圓軌道隨著年代而轉動,因此每個世紀觀測的時機都有所不同。圖源:Lyttleton, R. A.



圖二:這張圖是坦普爾‧塔特爾彗星現在的繞日軌道,上圖可以看到它與地球軌道的接觸,還有下圖可看到它在木星和土星的附近徘徊,因此獅子座流星雨的預測很可能會受到這兩顆天體引力而失準。


不久後的中國,在西元931年也記載了史上第一篇關於獅子座流星雨的觀測,根據《新五代史‧司天考》:「五代後唐長興二年九月丙戍,眾星交流,丁亥,交流而隕。」可以看出當時的觀念認為流星真的是流「星」。那次的彗星似乎帶來了很多的流星體 ,以至於三年(即清泰元年)後依然看到壯觀的流星雨。

根據《舊五代史‧天文志》:「清泰元年九月辛丑夜,五鼓初有大星如五斗器南流,尾跡長數丈亦赤色,移時盤如龍……又一星稍亦小東流,有尾跡凝成白氣食傾方散。」記錄可以看到當時觀測到有顆巨大火流星向南飛去,拖著長長的紅色的尾跡,流星尾跡的顏色主要是受到溫度和組成影響,所以這顆組成可能為矽酸鹽。另外低層大氣中的氮和氧也會發出紅光,亦有可能是此流星較大,因此能夠到低層大氣時還未被燃燒殆盡。另外「移時盤如龍」和「有尾跡凝成白氣」可能是流星痕。



圖三:東昇的獅子座,圖中所圈的星為軒轅十二,也就是輻射點的位置。


以上是古文中獅子座流星雨的記錄,在古代它似乎就已經讓人驚艷。接下來要跟你分享有史以來最知名且最震撼人心的1833年獅子座流星爆。那是在1833年11月12號凌晨,北美洲東部的天空發生了一件駭人事件,當早起的人們準備迎接晨曦時,卻有一個不速之客搶先日光驅趕了凌晨天空的晦暗,每秒近二十顆的火光畫破天際。在當時人們的觀念中,只道這是聖經中所描述上帝獎善懲惡的審判日的到來——「蒼穹上的繁星將墜落」。天空中的獅子座噴出了數萬顆在熊熊燃燒的火球,人們都驚慌失措,但是並非所有人皆是如此,耶魯大學的歐蒙史泰德教授(Denison Olmsted 1791~1859)在觀測後提出了科學的理論,而這也開啟了研究流星的大門,說明了他們並不是上帝的審判更不是天上掉下來的繁星,而史泰德教授的學說竟跟近代的觀測結果相似。


圖四:長久以來,彗星和流星被認為是災難的預兆。但是少有作品像這樣直接描述流星帶來的災害,作家海音里西‧哈德,主題是一位占星師的預言,在史英泰德教授的研究結果尚未普及時的觀念中,流星「雨」就像真的雨一般,是發生在大氣層中的天氣現象。


那流星爆產生的時機和條件是什麼呢?地球每年大約11月附近都會經過那流星體溪流,而每年地球會撞擊一些流星體進入大氣層,因此那流星體溪流會逐漸乾涸,也就是說越年輕的尾跡能造成的流星雨就越可觀,因此只要彗星本體再次經過地球軌道就可以帶來高濃度的流星體,所以獅子座流星雨是以約33年(彗星繞日週期)一次會有預估的最大值,發生流星爆的機會就越大。例如1833、1867、1966年都有流星爆發生。但其實影響大小、時間的因素有很多,例如其他星體的引力等,1899年時就因為木星及土星的引力導致預期的流星爆沒有發生。


圖五:這張是關於1833年流星爆最有名的繪畫,特別的是這幅畫得畫家阿道夫‧沃爾米是根據另一位畫家卡爾‧賈斯林的繪畫重新畫的,而卡爾則是根據一位大臣在他從佛羅里達到紐奧良的途中所看到的1833年流星爆的敘述而描摩的。


2019年獅子座流星雨將發生在11/16的午夜兩點左右。如果要拍攝並凸顯任何流星的尾跡,就如同在拍火車,從車頭拍看不出車身的長度,這就像瞄準輻射點在拍流星一樣,尾跡不明顯,較佳的發法是從側邊取景(對東昇的流星雨來說就是從南、北取景)。

下一次坦普爾‧塔特爾彗星經過是在2031年,運氣好的話那時可以遇見獅子座流星爆,但是在那之前,每年11/18附近也都可以帶著期待的心等待著驚喜。



流星小學堂—名詞解釋

流星體(Meteoroid):
環繞太陽運動於行星際空間的小碎片或塵埃,直徑從 0. 01 公分至數公尺不等。是為流星的前身。

輻射點(Radiant Point):
觀測某一流星群時, 若將流星的路徑反向延長,會發現它們 相交於一點,猶如鐵路的雙軌會再遠處交於一點一樣的原理,稱為輻射點。

圖源:約瑟夫吉萊、W.J.羅爾夫


火流星(Bolide):
對於這個名詞的定義尚未完全達成共識。對於火流星的描述,通常是指視星等亮度達到-14等或更亮的火球。

流星爆(Meteor outburst):
每小時觀測到一千顆以上流星的流星雨。



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