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双子座流星雨,壮观却来历不明!

2015年的双子座流星雨,摄于国家天文台兴隆观测站。近百颗流星从双子座中辐射而出,但这些流星体的来源仍然困扰着天文学家。图片来源:Steed & 夜空中国

“年度最佳”的双子座流星雨大驾光临,各地天文爱好者均有上乘之作,比如Steed老师这张名为“双子怒出剑”的大作,就荣登了NASA的“每日天文一图”栏目。但这一年一度的盛宴也是天文学家的梦魇,因为“双子雨之源”这个大谜团已经困扰了他们接近150年,而且每年都会被高调“提醒”一次。现在人们认为,双子座流星雨的母体是3200号小行星法厄松(Phaethon),但一颗小行星为什么能产生如此强的流星雨则众说纷纭。

双子座流星雨很好很强大——这体现在两个方面:流量高,亮流星多。开篇那张照片累积曝光时间只有10分钟左右,但能记录到上百颗双子座流星(这里要说明:这上百颗流星并非在10分钟内出现,而是当晚拍摄的照片中选取有流星的照片叠加而成,但几个小时内能拍到接近3位数的流星也很可观了),可以看出双子雨之丰盛。

流星雨的壮观程度主要与以下几个因素有关:一是母体活跃的程度以及时间,二是尘埃团的性质以及相对速度。流星雨来自彗星以及活跃的小行星释放的尘埃,自然是尘埃供应越足流星雨流量越高;但尘埃团会在太阳光压和大行星引力摄动的作用下逐渐扩散,因此一般越“新鲜”的尘埃团越密集,造成的流星雨也就越“大”。

流星的亮度则与尘埃的运动状态和物理性质有关:要产生一颗-4等的火流星,对与地球相对速度最快的狮子座流星雨来说,只需要一颗质量超过0.2克的流星体;而对相对速度只有狮子雨一半的双子雨,要达到同样的亮度,流星体至少要有20克。因此亮流星的比例,与尘埃团相对地球的速度以及尘埃的尺寸分布都有关系。虽然双子座流星雨相对地球的速度比不上狮子座流星雨,但大尘埃的比例较高,所以给人以亮流星较多的印象。

法厄松在2000年前释放的尘埃(左上)在1500年前(右上)、1000年前(左下)和500年前(右下)的分布。可以看出尘埃团在太阳光压和行星引力摄动下逐渐扩散。图片来源:Williams & Wu, 1993

通过以上分析,我们能得到这样的结论:法厄松在不太久远的过去,曾经释放出大量尘埃,而且这些尘埃的尺寸分布和狮子座流星雨不太一样。

也许法厄松是一颗刚死不久的彗星?这种说法一度很流行,但也存在硬伤:彗星在生命晚期一般活动微弱,双子座流星雨却比许多活跃彗星带来的流星雨还要强,显然说不过去。那么,也许法厄松正处于彗星生涯的晚期,它的微弱活动还没有被观察到?这是有可能的,因为法厄松直到1983年才被发现。于是十几年来,天文学家在光学和红外波段(尘埃在红外波段更容易被观察到)进行了仔细搜寻,但均一无所获;直到2009年6月,一位天文爱好者无意间发现了法厄松的秘密。

当时,艾伦·沃森正通过环绕太阳运行的“日地关系天文台”(STEREO)搜寻飞掠太阳的彗星,却意外发现当时正通过近日点的法厄松突然增亮。当然,这也许不能怪细心搜索的天文学家——因为法厄松的近日点距离只有0.14天文单位,离太阳不到8度,地面望远镜无法指向这么靠近太阳的位置,而且谁会想到它能在这么靠近太阳的地方才开始活动呢!

总之,以美国加利福尼亚大学洛杉矶分校戴维·朱维特为首的一个国际联合小组迅速跟进,细致研究了这一现象。他们的确发现法厄松长出了一条短短的尾巴,但他们认为这和通常以水冰升华驱动的“彗星活动”不一样:这条尾巴更像是由被“烤”出来的岩石碎屑组成,因为法厄松在近日点前后表面温度可达1000℃。千年铁树开了花!

法厄松“长尾巴”一事,引起了行星天文学家的极大兴趣,但这不仅没有解释双子座流星雨的成因,反而让事情变得更加扑溯离迷——朱维特的计算发现,若仅靠“烘烤法”产生尘埃,法厄松需要被“烤”至少好几万年,才有可能产生我们能观察到的双子座流星雨的流量,而双子座流星雨的强度表明它的年龄不会超过一两千年,所以“烘烤说”不能解释双子座流星雨的成因。

“日地关系天文台”(STEREO)在2009年观测到法厄松的“彗尾”。图片来源:Jewitt, Li & Agarwal, 2013

除了“正常”的彗星活动之外,小天体的破裂和瓦解也可以产生流星雨。最佳的例子是19世纪的比拉彗星——观察到了它破裂瓦解及产生流星雨的全过程。“分裂说”的好处在于,它能解释为什么法厄松能在短时间内产生大量尘埃,然后却又完全停止活动。

1993年,塔吉克斯坦科学家巴巴扎诺夫和奥卢波夫发现,除了双子座流星雨外,10月出现的六分仪座流星雨也有和法厄松相似的轨道。拥有好几个轨道相似的流星雨是母体分裂的标志之一,但观测数据的不确定性也可能会让微弱的流星雨“看着像”。六分仪座流星雨出现在白天,且强度不及双子座流星雨,观测数据很少,因此巴巴扎诺夫的猜测并不让人信服。后来人们积累了更多的雷达资料(雷达可以在白天观测流星),发现六分仪座流星雨和法厄松的轨道偏差似乎有点太大,“分裂说”暂时处在下风。

直到2005年,日本天文爱好者古川渡边留意到,新发现的小行星2005 UD与六分仪座流星雨的轨道更相似。他与其他几位日本天文学家一道发表论文,提出了一个大胆的猜想:也许2005 UD是从法厄松上分裂出的一个碎块?这个猜测并非无根无据:2005 UD的轨道演化和法厄松一致,物理性质也接近,而且能如此靠近太阳的小行星并不多,与其说是纯粹的巧合,倒不如说它们存在物理关联似乎更有道理一些。

但这并没有解决疑问:理论天文学家用数值模拟的办法研究了“分裂说”下的尘埃带演化,与流星观测数据相比较之后,却得到了一个让所有人大挠其头的发现:如果法厄松和2005 UD是由一颗更大的小行星分裂而成的,那双子座流星雨的持续时间应该比实际观测到的短得多。数值模拟的结果更支持“彗星起源说”——法厄松和2005 UD是一对“激流勇退”的彗星,在极度活跃的时候“忽然”不知怎么的就不活跃了。

实际情况到底如何呢?现在没人能说得清楚。我们了解的越多就越头大。顺带一提,年度三大流星雨之一的象限仪座流星雨,今天又要杀到了。让天文学家十分兴(yù)奋(mèn)的是,这又是一个“谜一样的流星雨”,它的母体同样是一颗没有任何彗星活动的小行星2003 EH1。每年三场大流星雨,有两场来得让人摸不着头脑,也是醉了。(编辑:Steed

The End

发布于2016-01-04, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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小龙哈勃

天文研究生,科班出身的天文/气象爱好者

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