谁不喜欢看流星呢?
那种突然闪烁的光芒划过夜空,让你转过头来,看到它在瞬间出现又消失,总是能让人惊叹。我已经看过成千上万颗流星,每一颗都带给我和童年第一次看到流星时一样的喜悦和惊奇。
如果你在夜空下待过一段时间,你很可能也见过流星。在地球上任何黑暗的地方,每小时大约可以看到六颗流星,它们随机地出现在你头顶的某个地方,并划过天空。你抬头看得时间越长,看到流星的几率就越大。
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几个世纪前,没有人确切知道它们是什么;“流星”这个词来自希腊语,字面意思,如果有点含糊的话,就是“高处的东西”。许多古代观察者认为(在某种程度上是正确的)流星是大气现象。但是,流星实际上并不起源于空气中。我们现在知道它们来自太空。你随机看到的流星,称为散发流星,是微小的岩石或(更罕见的)金属碎片——从小行星相互撞击时散落的碎片,它们围绕太阳运行。当这些碎片偶然发现其轨道路径与地球的轨道路径相交时,它就会与我们相撞。
或者,至少它可以与我们的空气相撞。地球的大气层在技术上从地球延伸出数千公里,但是在大部分体积中它非常稀薄,以至于一个接近的流星体(变成流星的微小宇宙碎片)只有在大约距离地表100公里处才开始感受到它的影响。以超音速移动——每小时40,000到惊人的260,000公里之间,具体取决于它接近我们星球的方向——流星体撞击它前面的空气。压缩气体会升高其温度,而如此剧烈地撞击空气会使其温度大大升高。压缩空气开始发光,并且当它达到大约2000摄氏度的温度时,流星体中的固体物质开始汽化。这种物质面对呼啸而过的空气的猛烈冲击,在一个称为烧蚀的过程中被吹走。
留下的汽化岩石或金属的轨迹,称为流星尾迹,可以发光一段时间;有些人看到它停留了许多分钟。高空风可以将这些持久尾迹中的物质吹成奇特而美丽的形状,制作出令人惊叹的延时视频。
大多数流星在肉眼看来是白色的,但是如果它们足够明亮(或者用灵敏的相机拍摄),它们可以呈现出多种不同的颜色。这主要取决于流星体本身的成分:黄色来自钠,绿色来自镁,蓝色-紫色来自钙,所有这些都是常见的流星体成分。您可能还会捕捉到红色闪光,这通常是由于我们大气中的氧气或氮气因高温而发光。
请注意,这种现象中最亮的部分——即流星本身的发光显现——通常只持续一秒或更短的时间。在这短暂的时间里,流星体可能会在地球大气层中水平移动数十公里,同时也会下降10公里或更多。然后它会完全汽化,而它仍然在距离地表数十公里的高空。目击者可能会认为他们看到的每一颗流星注定要撞击地面并留下一个冒烟的陨石坑,但这只是透视造成的错觉。实际上,几乎所有流星体的大小最多只有一毫米——这使它们太小而无法在炽热的坠落中幸存下来并到达地表。相反,它们会在比喷气式飞机飞行高度高几倍的高度燃烧殆尽。
如果流星体很大,它在其短暂的大气旅程中可能会变得异常明亮。我们称它们为火球,或者更技术地说,称为火流星,它们可以发出足够的光来投射阴影。有一次,当我还是个少年时,我看到一个火球如此明亮,以至于在我的眼睛上留下了残影。后来我做了一些基本的数学计算来估算它的质量,并推断出它的来源流星体可能大约有一个柚子那么大!
尽管绝大多数流星体都非常小,但它们加起来:估计各不相同,但普遍的共识认为,每天大约有50到100公吨的宇宙垃圾撞击地球。
在极少数情况下,如果一个流星体真的很大——大约一米或更大——情况就会发生变化。它可能会因在减速过程中经历的野蛮力量而变平,这个过程叫做,我喜欢这个说法,煎饼化。流星体会破裂并分解成碎片,然后这些碎片会经历巨大的压力和加热,并依次破碎。这种情况会以级联的方式发生,直到整个流星体汽化或各个碎片减速到不再加热它们前面的空气为止。
在后一种情况下,流星体的碎片将在“黑暗飞行”期间简单地自由落体到地球,这个过程可能会持续几分钟,使其冷却到冰冷的温度。当它们最终撞击地面时,我们称它们为陨石。由于它们是从如此高的高度坠落下来的,因此来自单个大型流星体的陨石可能会散布在很大的区域,这使得它们很难找到。
有时金属探测器可以提供帮助。尽管金属陨石比它们的岩石同类更稀有,但主要由金属制成的陨石在发现的总量中所占的比例比您预期的要大。部分原因是它们在进入大气层和在表面停留期间都更耐腐蚀,因此它们能持续更长时间。而且它们的更大耐久性也意味着它们可以扭曲成真正奇异的形状,从而使它们脱颖而出。我自己有一些陨石,而我最喜欢的陨石是由金属制成的——主要是铁和镍,其中掺杂了一些其他元素。它们可以非常漂亮——在我看来,与任何宝石的价值相等。
它们也具有巨大的科学价值。陨石来自散布在整个太阳系的小行星,这为我们提供了一个研究这些遥远天体的机会,而无需发送昂贵的航天器。许多陨石自太阳系诞生以来相对没有变化——有些甚至比行星本身还要古老——因此可以帮助填补我们宇宙历史的早期篇章。例如,我们对地球如何形成的了解很大一部分直接来自对陨石的研究。
另一方面,流星雨来自彗星脱落的岩石碎片。当地球穿过这些碎片云时,我们可以看到许多流星,并且由于透视,它们都似乎从天空中的一个点辐射出来。这些碎片往往很小且易碎,它们无法存活足够长的时间撞击地面。流星雨每年在相当可预测的时间出现,因此它们可以成为可靠的天文快乐来源。
如果您有能力,下次您在无月的夜晚在黑暗的地方时,请留意这些短暂的宇宙访客。您不必许愿:只需睁开眼睛,抬起头,并保持您的惊奇感即可。