1. 首頁 > 生活百科 > >

太陽的運動如何影響流星雨

太陽


太陽的運動如何影響流星雨


美國國家航空航天局戈達德天體生物學中心的科學家觀察了彗星C/2014 Q2（也稱為洛夫喬伊），并同時測量了H2O和HDO（一種水的變體）的輸出 。這張洛夫喬伊的照片拍攝于2015年2月4日，就在該團隊進行觀測的同一天 ， 也就是彗星通過近日點或離太陽最近的點幾天后 。圖片來源：美國國家航空航天局達米安·皮奇提供 。
據《大眾科學》（湯姆·霍金）：這是下個月宇宙日歷的一個小劇透：五月初將看到寶瓶座η流星雨的回歸 。陣雨將持續兩周左右，5月5日晚達到高峰 。
公平地說，這并沒有真正讓資深天文愛好者感到困擾，因為Eta Aquarids幾乎總是在5月初達到峰值 。就流星雨而言 ， 這次流星雨是最可靠、最可預測的 。然而，其他人則不那么可預測 。4月13日發表在《伊卡洛斯》雜志上的一篇論文揭示了這一現象的原因 。
流星和彗星
雖然流星雨通常以它們似乎起源的星座命名，但它們的實際起源與遙遠的恒星無關 。它們實際上來自相對較小的天體留下的塵埃痕跡——主要是彗星，但偶爾也有小行星 。以埃塔-阿奎里德彗星為例，這顆彗星就是哈雷彗星 ， 1986年，當它靠近地球時，一定年齡的讀者可能很幸運地看到了它 。
乍一看 ， 這似乎令人驚訝 。大多數彗星沿著高度橢圓的軌道運行，可能需要很多年才能完成，而流星雨每年大約在同一時間發生 。那么 ， 這兩者是如何聯系在一起的呢？
答案在于產生彗星標志性透明尾巴的過程 。當彗星離太陽足夠近時，它開始脫落物質 。其表面的冷凍化合物開始融化，太陽風將微小的塵埃和巖石吹走 。結果是沿著彗星軌道的軌跡留下了一條灰塵和碎片的痕跡，就像太空中留下的一條粉筆線 。
如果彗星與流星雨有關，地球會離這條軌跡足夠近，因為它的引力會捕獲一些丟失的物質 。每年，無數小塊的冰和巖石被拖出軌道，拉向地球，在墜入大氣層時燃燒起來 。我們每年都會在天空的同一部分看到由此產生的陣雨 ， 因為這是每年發生相互作用的地方 。
預報流星雨的麻煩
理論上，流星雨應該是完全可預測的 。地球的軌道并沒有真正每年都在變化，彗星的蹤跡已經在那里等著我們 。兩者之間的相互作用應該每年同時發生，對吧？
如果參與這一過程的天體只有地球、太陽和彗星，那么這將是真的 。這顆彗星將遵循一條完全可預測的路徑，脫落的物質將留在原地 ， 直到地球每年到達并領取其隕石費 。事實上，事情要復雜得多 。太陽系不僅僅是地球和太陽——它是地球、太陽、月球、其他行星及其衛星 ， 以及任何數量的其他物體 。反過來，所有這些天體都會對彼此產生引力影響 。
在這整個混亂之中，還有彗星本身，它沿著橢圓軌道擺動 ， 在虛空中留下了荒涼的塵埃和冰跡 。為了準確預測流星雨，我們需要計算碎片的位置，這意味著計算彗星的軌跡 。為了以完美的精度做到這一點，我們需要進行一個考慮了大量天體引力效應的計算 。
實際的三體問題
不幸的是，涉及兩個以上天體的引力計算是一個問題 。這意味著我們必須簡化這些計算 ， 將它們建模為比實際復雜得多的系統 。
引力計算如此困難的部分原因是 ， 沒有引力相互作用是單向的——任何大質量物體都會對其他大質量物體產生自己的引力影響 。例如，想想地球和月球 。我們傾向于假設后者圍繞前者運行，但事實并非如此 。地球拉向月球 ， 但月球也拉向地球，結果是兩個物體都繞著它們之間的某個點運行 。這個點被稱為重心 。
太陽系也有一個重心，包括太陽在內的一切都圍繞著這個點運行 。在大多數情況下，我們假設太陽系的重心是太陽，原因很簡單，太陽的質量比太陽系中的任何東西都大很多個數量級 。這意味著，如果我們計算一個物體的太陽軌道 ， 那么考慮物體對太陽的相互引力影響就沒有意義了，就像考慮從建筑物上掉下來的硬幣對地球的引力影響一樣 。
太陽的微妙運動
然而，這項新的研究表明，在彗星的情況下做出這一假設會帶來兩個微妙的問題 。首先，物體離太陽越遠 ， 它的軌道就越傾向于圍繞太陽系的重心旋轉 。如果一個物體離太陽足夠近，它確實會單獨繞太陽運行 。然而，更遠的物體會圍繞重心旋轉 。
大多數物體通常與太陽保持相同的距離 。相比之下 ， 彗星沿著高度偏心的軌道運行，將它們帶到太陽系最遠的地方 。例如，哈雷彗星在離太陽最近的時候距離太陽只有5470萬英里 。它的遠日點——距離太陽最遠的點——距離33億英里，在冥王星附近的某個地方 。這些偏心軌道將彗星帶過轉變點，伊卡洛斯的論文表明，這種轉變會對彗星的軌道產生某種震動 。
第二個問題是，假設太陽是太陽系的重心也意味著假設太陽本身是靜止的 。這意味著在這些計算中不能考慮太陽自身的運動 。對于規則軌道上的物體來說 ， 這并不重要，因為這些軌道只是隨著太陽移動 。同樣，彗星的情況也不同：太陽的運動在彗星掠過時為它們提供了引力，這再次導致了它們軌跡的可測量變化 。
新的研究表明，將這兩個因素納入彗星軌道模型可以提供更準確的結果，從而更準確地預測流星雨何時發生 。這些仍然是簡化的模型，但它們提供了我們下一次在天空中看到一連串流星的時間 ， 以及控制我們在宇宙中運動的復雜引力舞蹈的見解 。