前幾天，小牧同學在沖浪時發(fā)現(xiàn)了這條新聞：
報道中使用西五區(qū)時區(qū)，流星最終墜落的地方在西四區(qū)，也就是凌晨 4 時 27 分，但這不妨礙讓我正襟危坐
這一下讓躺平摸魚的我驚坐了起來。因為眾所不周知，小行星和流星其實是一個東西，只不過流星在墜入地面前就被大氣摩擦燒沒了，而這顆 0.7 米長的小行星 2022 WJ1 堅持到了最后一刻，克服阻力成功砸了下來。一想到之前我自己看流星雨的經歷，要是在許愿的時候一顆大大的流星（或者說小行星）劃了下來，那可真是實現(xiàn)了我去往天國的夢想。
鑒于小行星、流星和隕石其實是一個東西的不同叫法，后文我會模糊它們的區(qū)別，請大家在閱讀時自行區(qū)分。
流星傷人事件
不過好在這顆小行星最后沒有造成傷亡。據(jù)后續(xù)報道 [1]，它并沒有以完全體墜落，而是在和大氣摩擦時不斷解體，最終在安大略湖區(qū)上空爆炸。其中大部分碎塊灑進了湖里，只有少部分落在無人的湖畔。
另外，早在撞擊發(fā)生前三個小時，美國的卡特琳娜巡天系統(tǒng)就發(fā)現(xiàn)了這顆小行星。一個小時后，系統(tǒng)確認了它的軌跡會撞上安大略湖區(qū)，但體積不大，不會造成威脅。隨后，卡特琳娜系統(tǒng)首席運營專家 Richard 向外公布了這一消息。也就是說，當?shù)氐奶煳膼酆谜撸ú⑶伊璩績牲c半還醒著）提前知道了會有這么一顆天外來客，并且做好了拍攝它的準備。
唔，標題大意是，有人在加拿大多倫多上空拍到了一顆超級絢麗的流星。meteor 應該是流星的意思，所以當?shù)厝瞬⒉粫杏X這是“天礙震星”。
這顆小行星進入大氣層的角度只有 10°，接近水平，可以拖出很長的火流星軌跡，也有充分的路程被摩擦和燒蝕。相比之下，2013 年，俄羅斯的車里雅賓斯克地區(qū)撞來了一顆 18 米直徑的小行星，導致近 1500 人受傷。所幸受到的傷害均是隕石墜地時產生的沖擊波所致，并沒有人員被隕石碎片擊中。
其實小行星撞擊地球的事件也不算少見，宇宙雖然看起來空曠，但也遍布著小天體。有機構估計每天有 50 顆小行星落入地球，只不過像這次直徑到米量級的小行星撞擊地球事件比較罕見。這類小行星容易引人矚目，但再小一點的可能還沒被人們看到，就已經在大氣層中蒸發(fā)了。所以當下的歲月靜好，是有大氣層在為我們負重前行呀。不過我們也不能完全依賴大氣層的保護，目前包括卡特琳娜在內，已經有一些巡天項目在監(jiān)測可能造成威脅的小行星，也有專門的機構對此做了預測。
我上網查了查歷史上有沒有不幸被流星砸到的人，發(fā)現(xiàn)在幾千年的璀璨文明史中，確實流傳著流星砸傷人的悲劇。比如 1888 年，一顆隕石墜落在現(xiàn)伊拉克蘇萊曼尼亞地區(qū)，致一人喪命一人癱瘓 [2,3,4]，這是迄今為止有官方文檔記載的最早的流星傷人事件；比如 1954 年，安妮?霍奇斯女士在家中小憩時，一顆從天而降的隕石砸穿屋頂，再砸到收音機上，并反彈到她的腰部 [3,4]；（又比如 2011 年，徐倫女士在綠海豚監(jiān)獄與獄友斗毆時被隕石砸傷；又比如危機紀年第 12 年，張大軍、劉培、莫強三位老科學家在外太空合影留念時不幸被 7.62 毫米口徑的隕石擊中身亡）。
所以這次我們來聊聊流星，順便再關于星體的其他“走位”方式。
先從彗星聊起
故事要從太陽系誕生之初講起。說那時，空間中只有一團星際塵埃，它們自身具有一定的初始速度。在引力和碰撞的作用下，它們的大部分坍縮成了太陽，并且幸運地具備點燃核聚變反應的條件，為這一方天地來帶光和熱。塵埃的少部分變成了行星和衛(wèi)星，在初始速度和引力下進行公轉和自轉。這一部分中有一類特殊的天體，它大部分時間是一顆遠離太陽的“臟雪球”，由水、氨、甲烷等凍結的冰塊夾再雜許多固體塵埃粒子組成，在公轉周期中的少部分時間，它會來到太陽附近，并在太陽光的作用下蒸發(fā)，拖出長長的彗尾。
上圖就是大名鼎鼎的哈雷彗星，它的軌跡是一個很扁很扁的橢圓，公轉周期約 76 年。早在公元前 613 年，《春秋》就有關于它的記載“秋七月，有星孛入于北斗”。1682 年，26 歲的英國小伙愛德蒙?哈雷在卡西尼的指導下觀測到一顆彗星，這令他大為興奮。兩年后，他來到劍橋大學拜訪牛頓，潛心學習牛頓力學，并對照前人的星歷記載，于 1705 年推算出這顆彗星大約每 76 年會回歸一次。遺憾的是，他沒有機會親眼驗證 1758 年的回歸。但當這顆彗星真的在那一年回歸時，人們激動地給它冠上了哈雷的名字。
一個很容易被人們搞錯的誤區(qū)是，彗星的彗尾是背朝太陽的，而不是背朝它的公轉方向。因為彗尾主要是被太陽光壓和太陽離子風吹出去的，而不是它自己公轉甩出去的，所以只有靠近太陽時才會出現(xiàn)彗尾。這一現(xiàn)象也支持了光具有動量，可以產生光壓。
有時候你會看到彗星有兩條尾巴，這分別是氣體尾和塵埃尾。水等小分子升華后容易被太陽風電離，產生離子氣，這些離子氣質量較輕，會被太陽光壓和太陽風直直地吹出去，形成氣體尾；其他塵埃不容易被電離，質量較大，太陽光壓和太陽風對它的影響較小，所以被吹離得更慢，拖出一個彎彎的塵埃尾。一般來說，氣體尾自己會發(fā)光，呈藍色，塵埃尾只能反光，但它的量更多，反而顯得更亮。
是時候聊回流星了
還記得上面那張圖里，我還沒有講 Dust trail（塵埃軌跡）嗎？那是彗星在公轉時留在軌道上的小灰塵，它們會彌散在彗星軌道周邊，就好像一位運動員在奔跑時留在跑道上的頭皮屑一樣，微小，但遍布整圈跑道。
還是以哈雷彗星為例，當?shù)厍蚬D到十月下旬和五月上旬時，會分別與這些塵埃軌跡交匯。考慮塵埃本身在軌道上的運動速度，再減去地球公轉速度，得到的相對速度方向分別指向獵戶座和寶瓶座，這就誕生了獵戶座流星雨和寶瓶座 η 流星雨。
換句話說，流星雨是地球闖入彗星軌道上遺留的塵埃形成的，它們的來源看起來都指向一個方向，這個輻射中心所在的星座就成了流星雨的名字。
不過，并不是所有彗星的軌道與地球軌道幾乎共面，大部分情況下兩者有相當大的傾角，彗星軌道只與地球交匯在一個點附近，只產生一次流星雨。
表格中的 ZHR(Zenithal Hourly Rate) 是天頂每小時出現(xiàn)率，意思是，當輻射點在天頂時，每小時能看到流星的數(shù)量。理解了這些之后，就可以愉快地出發(fā)去看流星了。挑一個流星雨的極大日，避開月圓的時候，選擇一個光污染不那么嚴重的地方，做好出行預案，let's go！
將所有出現(xiàn)流星的地方合成在一起，就變成了：
和 Stellarium 星空模擬軟件對比，可以看出大部分流星的來源確實指向獵戶座。
運氣不錯，今年的 ZHR 峰值達到 40，算是近三年最大的
流星的顏色也大有講究。比如橙黃色代表鈉、紫色代表鈣、紅色代表大氣中的氮和氧等等。這里借用張超老師的一張圖 [5]，可以看到圖中的流星分成兩段，左段的綠色是大氣中氧的 557.7nm 譜線，右段的藍綠色代表流星中含有鎂。
關于流星的顏色還有很多內容，感興趣的讀者可以去參考資料 [5] 拓展閱讀，就不贅述了
再聊聊月食
喜愛天文的讀者應該還記得，11 月 8 號，也就是半個月前，大自然為我們上演了一段月全食 + 月掩天王星的盛宴。
作為天文愛好者的小牧同學自然沒有放過這個機會，忙里偷閑拍到了這樣的畫面。
仔細看 18:45 到 19:21 的月亮的左下角，那就是天王星
再拿出 Stellarium 模擬一下，確實是出現(xiàn)了月掩天王星。
有讀者可能會問，為什么地影中的月亮看起來是紅色的？這是因為，雖然地球擋住了照向月亮的太陽光，但地球大氣會對太陽光散射，藍光這類短波長光更容易被散射掉（也就是我們看到的藍天），剩下的紅光經過折射照在影子里，就形成了紅月亮。
相反，因為月球幾乎沒有大氣，日食的時候它的影子就是黑色的。
理論上，太陽地球月亮三點共線的時候就會發(fā)生月食。由于月亮公轉的白道面和太陽公轉的黃道面有個 5° 左右的夾角，這種情況每年大約只會出現(xiàn)兩次，但一半以上是月偏食，而可見范圍落在國內的月全食又會少一半以上。日食也是一樣的道理。詳情可以去參考資料 [6] 查看日月食日歷。
比如今年 5 月 16 號也有一次月食，但它發(fā)生在北京時間 9:32 至 14:50。那會我們所在的區(qū)域面朝太陽，背對月球，所以看不見。
明年 5 月 6 號也會有一次月食，雖然國內可見，但是半影月食，月亮只是會比平時暗一些，并不會出現(xiàn)紅月亮。
掩星和行星的其他走位
本次月食的一大亮點在于，月亮在本影時恰好有一段時間掩蓋了天王星，這段時間月亮并不是很亮，所以可以更容易地看到天王星。網上還有發(fā)燒友成功用望遠鏡拍到了月亮旁的天王星呈現(xiàn)出藍綠色。
說起來，2017 年國考的常識判斷第 10 題就考到了掩星：
常識判斷部分
考試規(guī)則：點擊你認為正確的選項
10.掩星是一種天文現(xiàn)象，指一個天體在另一個天體與觀測者之間通過而產生的遮蔽現(xiàn)象?？茖W家經常借助觀察這一現(xiàn)象來判斷星體是否有大氣層。當行星掩過遙遠恒星，如果恒星變得模糊之后才消失，那么可以認為（ ）
A. 該行星有稠密的大氣層
回答正確 √
解析：恒星一開始模糊是因為行星表面的大氣層先對恒星進行遮掩，大氣層雖然透光，但會對光進行散射和反射，使行星變得模糊。之后行星完全掩蓋恒星，恒星消失。
B. 該恒星有稠密的大氣層
回答錯誤 ?
C. 該行星無大氣層或大氣層稀薄
回答錯誤 ?
D. 該恒星無大氣層或大氣層稀薄
回答錯誤 ?
恒星一開始模糊是因為行星表面的大氣層先對恒星進行遮掩，大氣層雖然透光，但會對光進行散射和反射，使行星變得模糊。之后行星完全掩蓋恒星，恒星消失。故我們選 A。
與掩星相對的就是凌星了，不過我們一般更多用“凌日”這個詞。掩星是視面積更大的星體掩蓋更小的星體，而凌星是視覺更小的星體掩蓋更大的星體。歷史上，哈雷首次提出利用金星凌日測量日地距離，這種方法確實得到了相當精確的數(shù)值。凌星也是目前發(fā)現(xiàn)系外行星的主要手段，2019 年的諾貝爾物理學獎的獲獎內容之一，就是用凌星時恒星的亮度變化來探測系外行星。
吶吶，既然都說到凌日了，不如再來聊聊沖日吧。凌日是對于在地球內側的行星而言的，它發(fā)生在下合的時候，沖日則是對地球外側的行星而言的，這個時候在地球上看行星是最亮的，不僅因為地球離它更近，還因為它的向陽面朝著太陽，類似于月亮的滿月。所以對于地外行星來說，沖日是最佳觀測時機，尤其是位于柯伊伯帶的遙遠行星。
吶吶，既然都上這張圖了，那就把所有位置關系都過一遍吧。先來看地外行星，剛剛已經介紹過沖日了，“東方照”和“西方照”對應與太陽方向垂直的位置，“合”對應與太陽同側的位置。
對于地內行星，就沒有沖日的說法了，它不可能到達太陽的對側。它的方位角離太陽最遠的時候稱為“大距”，此時也是它的最佳觀測時機。東大距時地內行星位于太陽東方，在黃昏時分晚于太陽落下；西大距時地內行星位于太陽西方，在清晨時分早于太陽升起。在地球上看來，當?shù)貎刃行沁\行到太陽背后時，稱為“上合”，到太陽前面時稱為“下合”。上下合將地內行星分為晨星與昏星。
和月食一樣，地內行星下合時并不是每次都發(fā)生凌日。這是因為水星和金星的公轉軌道分別與黃道呈 7° 和 3.4° 傾角。以金星為例，它在 2020 年和 1996 年下合時都沒有掠過日面。
與金星相比，水星離太陽更近，公轉周期更短，會合周期（兩次下合的時間）更短，因此發(fā)生水星凌日的可能性更大。下一次水星凌日在 2032 年 11 月 13 號下午三點到七點，讓我們一起相約十年后。
參考資料：
[1] 又一顆小行星撞擊地球，面對近地天體威脅人類準備好了嗎？
[2] 首份隕石殺人記錄：1888 年“星隕如雨”，砸死一人砸癱一人
[3] We Have The First-Ever Credible Evidence of Someone Killed by a Falling Meteorite : ScienceAlert
[4] Unsalan, O., Bayatl?, A. and Jenniskens, P. (2020), Earliest evidence of a death and injury by a meteorite. Meteorit Planet Sci, 55: 886-894.
[5] 流星顏色的秘密，你知道嗎？
[6] Solar and Lunar Eclipses Worldwide
本文來自微信公眾號：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：小牧同學，編輯：穆梓
廣告聲明：文內含有的對外跳轉鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時間，結果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。