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流星雨的目视观测方法

(2014年08月12日 19:34:01)

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  流星的归属

  我们所说的观测流星,一般都是指观测特定群的流星。区别流星的归属是观测中的首要问题。

  我们知道,平时夜空中经常会有流星出现,由于形成流星的流星物质进入地球大气层的角度各异,流星运动的方向看上去就是杂乱无章的。可是如果这些流星物质是成群地向着同一个方向运动,那么进入大气层的时候,由于视觉透视,它们看上去就像是从天上一个点辐射出来的一样,这个点就称为该流星群的辐射点。

  我们一般用流星群辐射点所在的星座或附近比较明亮的星名来命名这个流星群。例如狮子座流星群的辐射点就位于狮子座中。如果我们要观看的是狮子座流星,那些运动轨迹的反向延长线不经过辐射点的流星就一定不是我们的目标,把它们称作群外流星。

  那么是不是从这个星座出来的所有流星都是群内的呢?或者只有那些方向延长线精确地经过所谓辐射点的流星才是群内的呢?不是的。

  流星雨的辐射点一般并不是一个几何学上的点,而是天空中一定范围的圆形区域,这个区域的直径一般来说很小,大约只是太阳视直径的10倍以下。只有流星轨迹的反向延长线经过这个范围内,它才可能是群内的。严格意义上讲,狮子座流星雨的辐射点范围在2度以内,也就是不超过4个太阳的视直径大小。另外,辐射点的位置也是运动的。狮子座流星雨的辐射点每天向东运动1度,参见图1。观测前最好查看一下星图,熟悉当天辐射点的位置,以便观测时确定流星的归属。

  在我们的观测中,不属于狮子座的流星也许属于其他已知的流星群,如果知道它们的归属就应该把其归入其他群。如果不知道,可以记为偶发流星。

  流星的速度

  那么是不是所有反向延长线经过辐射点的流星都是群内流星呢?这还与流星的速度有关。

  我们观测时会发现,流星的运动速度各不相同,这与流星物质进入地球大气层的相对速度有关。但是对于同一群流星物质,与地球的相对速度基本相同。在观测中我们发现大多数狮子座流星的速度比较快,很少有慢速的群内流星,而12月出现的双子座流星速度则比较慢。大家在观测中可以总结一下。

  由于我们观测的线与流星运动方向的不同,即使是同一群流星,目视观测的速度也会不同。通常,流星的出现位置距离辐射点越远,速度就越快,轨迹也越长;流星出现位置越接近辐射点或地平线,速度就越慢,轨迹也越短。对于狮子座流星雨,我们实际观测中发现:在距离辐射点100度左右的天空中容易出现轨迹比较长的群内流星。

  根据这个原理可以知道,在辐射点附近出现的流星,如果速度很快或轨迹很长,那么即使它的反向延长线经过了辐射点,也不应属于该流星群。

  你可以将流星的速度按照自己的判断进行分级:快、较快、中、较慢、慢。观测时把看到的流星按这五种分别归类、记录下来,便于今后总结、比较。当然,每个人对于速度的划分可能互不相同,没有关系,经过长时间的观测,你对于流星速度的判断就会稳定下来了。

  流星的亮度

  流星有亮有暗,在笔者所观测的流星中,最亮的犹如闪电、不让满月,颜色也千差万别,红、绿、蓝、黄等等,五彩缤纷,真是像天女散花。下面就介绍观测中如何记录流星的亮度和颜色。

  亮度是流星的重要指标之一,也是我们目视观测时要记录的重要内容。应该记下你所看到的所有群内流星的亮度,至少精确到1等。

  判断流星亮度,可以采用与天空中的星相比较的方法:在观测之前,我们要事先熟悉天空中一些著名亮星的星等,表1中列出了一些亮星的星等。在观测中,当出现流星的时候,和这些亮星进行比较,就可以估计出流星的亮度。

  表1、常见的亮星星等

星名

满月

新月

金星

木星

天狼星

大角星

参宿七

天津四

北河三

北极星

狮子座ε

狮子座μ

亮度

-12

-6

-4

-2

-1.5

0

1

2

3

4

  如果你坚持流星的观测,慢慢就可以对流星的星等确切值有一个感性的认识,那时候就可以不用这些星星,来作比较了。功夫不负有心人,有的爱好者对流行亮度的判断甚至可以精确到0.5星等。

  要注意,用来作亮度比较的星,应该尽量与流星出现的方向一致。这样,流星和比较星可以出现在同一视野中,便于比较,同时,影响我们对流星亮度估计的天空状况等也可以尽量保持一致。

  一般情况下,要记录自己看到的每个流星的亮度,不要只记录亮于某个星等的流星,除非出现了流星暴雨。笔者初学时就曾犯过这样的错误,使得观测数据失去了科学价值。大家可要引以为戒。

  多彩的流星

  流星物质的组成不同,进入大气层后燃烧时的颜色也不同,但只有那些比较亮的流星,我们才能分辨出颜色,否则感觉就是白色,这就像我们在黑夜中无法分辨花的颜色一样。可见,流星的颜色并不是目视观测要记录的重要数据,在无法判断或来不及时可以不记录。

  我曾经观看到每年12月的双子座流星的绚烂多彩,红色、黄色、绿色、蓝色都有。但是,实际观测中我也发现狮子座流星的颜色比较单调,基本是以蓝绿色为主,越亮的流星就越明显,很少有其他的颜色,大家观测时可以注意一下。

  极限星等

  我们知道,每个人的视力不同,即使同时观测,看到的流星也不一样多。而每天的天空状况对目视结果的影响也会很大。因此要使观测结果有意义,这些情况就都要记录。首先就是要确定每个人目视观测的极限星等。

  极限星等是在正常目视观测时所能看到最暗的星等。你可以对照星图找到自己可以看到的最暗星,记下星等。但是这个方法不容易操作,效果不好。国际流星组织推荐使用一种更好的方法来估计极限星等,目前大多数观测者都使用,建议大家也学习。

  具体方法是:在天空中某些特定的天区范围内,记录自己可以看到星的数目,然后再查表,以确定此时的极限星等。国际流星组织提供了这些特定天区的范围划分,以及极限星等的对照表,可以在他们的网页上找到:www.imo.net。大家可以事先熟悉几个这样的天区,在实际观测中查一查该天区内的星数,并记录下来,观测结束后再查表。

  极限星等表给出观测狮子座流星雨期间常用的几个判断极限星等的天区和对应的极限星等表,请参照。

  关于确定极限星等,应该特别注意以下几个问题。

  首先,极限星等反映的是特定的人、在特定的时间内的目视状况。因此,即便是大家一起观测,你的极限星等也可能与其他人的不相同,只要各自记录就可以了。IMO要求上报的数据报表是单个人的观测数据,这是很科学的。

  在特定的天区内查星数的时候,要求在第一感觉情况下、明确看到的星数,不要目不转睛地仔细辨认每一颗星。否则会无端地提高自己的极限星等,影响有效的流星观测。

  另外,我们每个人的极限星等都会随时发生变化,天空状况也会改变,因此观测中我们应该不断地确定自己的极限星等并记录下来,一般可以间隔一个小时左右。还要注意不能在最后将所有时间内的极限星等取平均,只记录一个值。

  如果极限星等比较差,就不应该继续观测了。因为在这样情况下得到的数据并不可靠。专家们普遍认为极限星等好于4等的流星观测数据才有意义。当然流星暴雨出现的时候可以例外。

  最后,在开始正式观测前必须让眼睛充分适应黑暗的环境,至少要20分钟左右。观测中如果需要照明,应该尽量使用暗的光源,如果是手电,要包上红布。强光刺激眼睛后,应该停止观测,等眼睛完全适应后再开始。

  视野和天空状况

  观测流星的时候,我们的视野方向在一定的时间段内要固定,并记录下自己视野的中心位置,用赤经和赤纬表示。

  如果大家一起观测,可以各自负责一块天区。即便别人观看的天区出现了流星,也不要随意转过去,以免会错过自己天区中出现的流星。这对于观测者的确是一个考验。

  我们观测视野范围越大,就越可能看到更多的流星。因此,我们应尽量选择没有障碍的环境进行观测。视场中被遮挡的情况要记录下来,采用占总视场的百分比来表示。

  如果是建筑物或树木还好确定,因为它们是静止的,只需要在改变观测区域的时候记录一次即可。而如果是天空中的云,情况会复杂一些。由于云经常变化,我们应该经常记录云占观测视场的百分比。

  如果视场中被遮挡的范围超过20%,就应该中断观测,也可以改变观测方向。当然在出现流星暴雨的时候可以例外。

  流星余迹

  对于比较亮的流星,尤其是火流星,流星过后轨迹会在天空中停留一定的时间,这就是流星余迹。它的停留时间最短不到1秒钟,转瞬即逝,长的达到几十分钟,像片云彩一样飘在空中,并且不停地变换着形状。余迹很适合用双筒望远镜观测。

  如果流星有余迹,应该记录下它持续的时间长短。

  流星计数

  应该尽量记录每个流星的情况,包括出现的时刻。实际上,在上报的数据表格中必须要提交的是:每个时间段内流星的数目,以及它们的星等分布。可见重要的是流星的计数。

  计数的方法有很多,观测中可以采用:只记录每个时间段开始和结束的时间,以及该时间段内出现的每颗流星的亮度,观测结束后再整理。

  如果流星的流量比较高,可能会来不及逐个估计星等。在1999年的狮子座流星雨观测中,我就曾遇到同一瞬间出现4颗群内流星的情况,简直是眼花缭乱,幸好接下来的几秒钟内没有再出现流星,可以在脑海里快速回顾刚才的流星亮度并录音机录下来。总之,此时的流星计数,可以灵活处理。

  当流量超过每分钟30颗,你的感觉就是每秒都有流星出现,此时可以几秒钟作一次记录:“三个3等、五个1等……”;当流量达到每分钟50颗以上,就会经常感觉每秒有几个流星,此时已不可能估计星等,只能计数:“5个、3个、6个……”;当流量达到每分钟100颗以上,连估计具体数字都有困难了,你可以尽量的估计并“10、20、10……”的报出,或在录音时采用某种特定的声音,例如“哔”代表10个、“哒”代表20个等。一段时间后,在流量较小的时候,再大概估计出刚才出现的流星的亮度各占多大的百分比,事后对录音进行整理。

  记录数据

  在流星观测中要随时记录数据,过去人们常采用纸笔记录的方式。但是这种方法一般需要低头书写,会错过这时出现的其他流星。另外,还要把记录的时间从总的观测时间内扣除。

  目前,人们最常采用的是录音记录的方法。它的好处是在记录的时候,不影响眼睛保持继续观测。可以准备一个可声音报时的闹钟或手表,省去你低头看表,从而错过流星。这样时间段起止的报时声也可以随时记录,以便事后整理数据。

  录音机的电池要多带一些,因为在冬夜低温影响下,电池容易电力不足。在使用的时候,要始终注意电力状况,一旦发现磁带转速不正常,及时更换电池。观测时可以始终将录音机握在手中,保持其有较高温度,延长电池使用时间。

  如果你的眼睛近视,一定要戴上合适的眼镜。即便是你的眼睛一般不需要戴眼镜,配带一副50度的近视镜,将会十分有助你看到更多的流星。我就有这样的眼镜,可以把我的极限星等至少提高1个星等。

  填写报表

  经过了认真的目视观测,接下来要整理自己的记录,填写流星目视观测报表并上报。

  目前有几种流星观测的报表,最常采用的是国际流星组织IMO的格式。《天文爱好者》1999年第4期“怎样做好流星雨目视观测”一文介绍了填写表格的方法,还有几个问题要强调一下:

  首先,报表只能反映单个人的数据,不要几个人共填一个表。如果是几个人一同观测,应该分别填写自己的所见并上报。这是一定要注意的问题。

  其次,总结本文上述观点,可以看到,要使报表数据有意义,观测条件一般必须满足:辐射点在地平高度30度以上、极限星等要好于4等、视场遮挡小于20%,观测时段最少1小时。

  关于表格中时段的划分,对大流星雨一般可以1小时为单位,而对狮子座流星雨可以到15分钟或30分钟,以便于仔细分析流量的变化。另外,注意每隔一定时间,调整一下观测视场的中心位置,测定极限星等,并作记录。观测一段时间应该休息一下,活动活动,应该将此段停止观测的时间记录下来,从总时间中扣除。

  最后,至关重要的是仔细区分群内流星和群外流星。最好能确定狮子座群外的流星归属,如果实在不行,记录为偶发流星。在一定的观测时间段内,一般都会有群外流星出现,如果将其记录为群内流星,这样的错误数据就会隐藏下来,影响对狮子座流星雨的总体评价,并且难以发现。因此有这样错误的数据最好不要上报。

  报表填写完,应尽快发送给国际流星组织,以免错过专家利用这些数据对流星群进行初步分析的时间。

  做好准备把握时机

  大家都知道只能在晚上看到流星,那么是不是只要天晴,流星雨出现时候,一整夜我们都能进行观测呢?

  实际上,对于一个特定的流星雨,只有当流星雨的辐射点升出地平线以后才可以开始观测。否则连是否群内都确定不了,何谈观测?国际流星组织(IMO)认为流星雨的辐射点至少升起有20度高以后,才可以进行正式的观测。

  对狮子座流星雨,辐射点位于狮子头部附近,在11月中下旬,它要到凌晨1点左右才升起到比较合适的位置。所以狮子座流星雨期间,我们大可不必整夜守候和观测,前半夜应尽量休息、养足精神,下半夜再开始观测。(TWG)



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