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柯言

流星雨的夜晚也許你會選擇戶外觀測，然而本文將告訴你另外一種選擇——“雨”夜听流星
近年的獅子座流星雨,特別是2001年的獅了座流 星雨,給我國的很多觀天者留下了深刻的印象。人們終 于看到了罕見的天外來客所形成的閃著亮光的雨。也終于開始對天外之雨與我們地球大氣之雨有什麼共性 與差異有了感性的知識。我們大氣中的雨,主要的成分 是水,但也給我們帶來了其它地區或者大氣中的附加 的成分,比如說植物生長所需要的氮。不過,大氣之雨 僅僅是我們整個地球水循環的一部分過程。天外之雨, 則是宇宙給予我們地球的物質補充。由彗星碎塊形成的流星雨,也會給地球補充新的水,當然還會有其它一 些礦物質。大氣中的雨,可以下得茫茫一片,分不清天 地。而天外之雨,常常是屈指可數,稀罕得很哪!但是, 只要有一顆出現,就有如電閃,方圓百里之內都可看 見。因此,對于流星雨的觀測,自古以來常常采用目視 方法。一雙好的肉眼,可能看到亮于大約5等星的流 星。照相方法固然可以永久地留影,但是只能夠拍到亮 流星-——你明明看到一顆流星進人了你的照相機視 場,可是你在底片上卻可能找不到! 一般來講,流星雨的觀測,可以用目視方法、照相 方法、元線電探測方法,也可以用收音機苯監昕流星的 等離子態余跡反射的電波。要听流星,首先要談談流星 的等離子態電離氣體柱。這是在流星經過的路徑上,以 每秒幾十公里高速運動的流星本體與地球大氣相互作 用,使周圍氣體電離,在流星本體後面留下來的余跡。 暗弱流星的余跡持續時間很短,只有百分之幾秒,是瞬 現余跡,肉眼難以分辨。時間較長的持續余跡,通常同 亮流星和火流星有關,持續時間可以達到幾秒甚至幾 分鐘。圖1為1998年獅子座流星雨期間,在香港拍到

的、極亮的(負20等星亮度)火流星(介于滿月和太陽的亮度之間)。圖2為該流星留下來的漂亮的余跡。圖3也是1998年獅子座流星雨期間,在美國新墨西哥州拍到的、長達30分鐘的流星余跡。等離子態被稱為除氣態、液態、固態之外的物體第四態。由于它由帶等量電荷的正離子和負離子組成,整體仍舊呈電中性,但是很容易導電和反射電磁波。
武漢市天文愛好者歐陽天晶先生,就多次介紹過他使用全波段數字調諧無線電接收機,在超短波波段來監听流星反射的信號。他常常選擇收昕遠在距武漢1400公里的、韓國的95.9兆周的廣播。由于超短波信號直線傳播的特性,它們不可能在遠距離內沿著彎曲的地球表面傳播。而且,大氣高層的電離層的電子密度又不足以將它們反射回來。所以平時你不可能收到遠距離的超短波無線電信號。電視調頻廣播也處在超短波波段,所以電視信號就只能傳送幾十公里遠。在山溝溝里,要想看到電視,必須通過微波站或者衛星轉播。但是,如果在你和發射台之間的適當位置,出現了流星等離子態氣體柱,就可能將超短波無線電信號反射過來,使你的瞬間收听到該超短波無線電台的廣播。圖4是這種反射工作的示意圖。這種"听"到的流星反射信號,可能維持0.2秒到十幾秒的時間。"听"的方法可以觀測到肉眼看不到的流星。並且,還可能在白天或者滿月的情況下觀測流星。事實上,流星產生的電離氣體柱可以反射包括電視信號、雷達信號、調頻或者調幅波的無線電收音機信號等等各種頻率的無線電波。自50年代起,先進國家就一直在研究利用流星電離氣體柱反射進行的"流星通訊"。

一般來說,用收音機監昕的常常是40兆赫到100兆赫的超短波,因為流星離子氣體柱對于比較低的頻率更能夠有效地反射。圖5(見下期)則是尼爾森(Nelson)先生于xm年5月記錄到的寶瓶座流星反射的217兆赫茲的雷達電波。它是由美國設在德克薩斯州基卡普
(Kickapoo)的海軍空間監視雷達(NAVSPASUR)發射的信號。該雷達的發射功率為800千瓦,是世界上少有的、信號最強大的雷達天線之
一。北美和加勒比海地區的大多數愛好者,都可能接收到明亮流星反射的該雷達的信號。該雷達的主要任務,是監測空間衛星及其碎片。它可以探測到距地面15000公里高空的、尺度僅10厘米大小的物體。這次,

觀測者先听到的是由繞地軌道衛星反射的、斷奏的、類似子彈飛過的聲音,後面听到的是維持了大約兩秒鐘的、從流星的電離尾跡反射的、頻率幾乎穩定的雷達信
號。衛星一般是以每秒1到10公里的速度飛越雷達站的,所以反射時間短暫。而且,衛星相對于雷達站的徑向速度在不斷的變化,就像火車向你走近,或遠你而去一樣,因此反射的雷達回波有多普勒頻移。反應在圖5中,它的回波頻譜是幾乎垂直、而略有傾斜的一段長線,說明頻率由高逐漸降低。而流星回波,盡管流星本身速度極高,達每秒幾十公里,但是回波是由余跡反射的一它的速度極低,所以基本上沒有多普勒頻移。圖5只是尼爾森(Nelson)在該流星雨期間記錄到的數百個反射信號中的兩個。其上半圖中的綠色蹤跡顯示的是
接收器上的信號強弱包絡,下半圖是信號隨時間的動態頻譜。
圖6(見下期)記錄的是另外一次獅子座流星的反射回波。剛好在流星回波之前有兩次人造衛星的回波。
不過,這一次流星回波的時間要長得多,接近十秒鐘。流星回波的聲音也不象衛星回波那樣類似于子彈飛過的聲音,而更像悠長的、類似鳥鳴的口哨聲。圖7(見下期)所示的是美國馬里蘭州的史蒂文•賓文紐(Steven Bienvenu)博士于1998年獅子座流星雨期間接收到的,同樣是發自NAVSPASUR雷達的流星回波。總的時間長度為25秒,其中有兩次獅子座流星的回波和人造衛星的四次回波。與圖5、圖6可以相互印證的是,流星反射的回波要強得多,時間要長得多:而衛星的反射回波又弱,時間又短。除了在超短波波段"昕"流星之外,1999年獅子座流星雨期間,美國宇航局還曾經在馬歇爾空間飛行中心釋放高空氣球,搭載著甚低頻(VLF)無線電波接收機,到大氣的平流層去探測流星產生的信號。該接收機對1萬赫茲以下的無線電信號敏感。這一無線電波段充滿了像遠程雷電、吱聲、哨聲等天電干擾和大氣干擾信號。這三種波常常是遠距離閃電激發的脈沖信號。引起遠程雷電的閃電常常在距離接收機數千公里之外。遠程雷電的頻率在幾赫茲到幾百萬赫茲。人耳能夠听到1.5萬赫茲以下的遠程雷電聲音。在時間序列的的頻譜中,它常常幾乎是一條垂直線,表明所有頻率的波幾乎是同時到達的。其聲音有點像樹梢突然折斷,或者是尖銳的烤豬肉脆皮的聲音。吱聲則產生于比數千公里更遠的閃電,甚至可以繞半個地球(2萬公里)。吱聲在向遠距離傳播過程中,VLF無線電波發生了彌散一一即較高頻率部分比較低頻率部分傳播得要稍微快一點。特別是在2000—3000赫茲的波段,更加突出。因此在聲譜圖上,吱聲在較高頻率處顯示一段垂直線,到大約2(則赫茲出現一段彎曲的鉤子。哨聲波在適當的條件下,可能離開地球,然後又沿著地磁場的磁力線返回地球。在遠距離傳播中,它產生的彌散比吱聲還要大。因此在頻譜圖中,哨聲比吱聲還要傾斜和彎曲得多,顯示其不同頻率的波是先後到達的。其聲音像短暫悅耳的鳥叫,可以維持一秒或幾秒鐘。伽刺費爾(DenElis Galllagher)是馬歇爾空間飛行中心的等離子體物理學家。他認為,高空氣球搭載的VLF無線電接收機,可能收到來自獅子座流星本身的無線電信號發射:流星在大氣內產生離子尾跡,由于電子比正離子更易于運動,它們充滿所在的空間可能就更快一些。這就可能造成等離子體振蕩,發出無線電輻射。（待續）（本站掃描整理，禁止轉載）