英仙座流星雨將震撼來襲！為什么流星有不同顏色?

出品：科普中國

作者：Denovo團(tuán)隊(duì)

監(jiān)制：中國科普博覽

英仙座流星雨是每年最著名且最活躍的流星雨之一，通常在7月中旬至8月下旬出現(xiàn)，其峰值時(shí)間通常在8月12日至14日。

英仙座流星雨之所以被稱為“英仙座流星雨”，是因?yàn)樗妮椛潼c(diǎn)（即流星在天空中似乎源自的點(diǎn)）位于英仙座的方向。英仙座流星雨源于彗星109P/Swift-Tuttle，每小時(shí)可以觀測(cè)到60到100顆流星，因其速度快、亮度高且尾跡明顯，成為夏季夜空中最受歡迎的天文現(xiàn)象之一。

流星雨

（圖片來源：作者AI生成）

為什么流星顏色各式各樣？

流星會(huì)呈現(xiàn)出不同顏色是由于其組成在進(jìn)入地球大氣層時(shí)被高溫加熱，導(dǎo)致各種元素和化合物燃燒并發(fā)出特定的光譜。

當(dāng)流星體進(jìn)入地球大氣層時(shí)，它們會(huì)與大量空氣分子發(fā)生劇烈碰撞。這些碰撞導(dǎo)致流星體表面的物質(zhì)因高溫而汽化，形成鈉、鐵和鎂等原子的蒸氣。

在隨后的碰撞中，電子被撞入距離原子核平均距離更大的軌道。當(dāng)電子回落到靜止位置時(shí)，就會(huì)發(fā)光，這與氣體放電燈的過程相同。

不同成分的流星在高溫下燃燒產(chǎn)生不同顏色的光，這與我們?cè)谥袑W(xué)學(xué)過的焰色反應(yīng)類似。在焰色反應(yīng)中，金屬鹽在高溫下燃燒會(huì)產(chǎn)生特定的顏色，這也是火焰分析法的基礎(chǔ)。例如：

鈉（Na）：黃色

鎂（Mg）：藍(lán)綠色

鈣（Ca）：紫色

鐵（Fe）：黃色至橙色

硅（Si）：紅色或橙色

當(dāng)流星進(jìn)入地球大氣層時(shí)，除了流星本身，其高速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致與空氣中的氮?dú)猓∟2）和氧氣（O2）分子發(fā)生劇烈碰撞。這些碰撞產(chǎn)生的能量使氮?dú)夂脱鯕夥肿颖患ぐl(fā)和電離，從而導(dǎo)致它們發(fā)光。其中，激發(fā)是指分子的電子吸收能量，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。電離是指分子的電子吸收足夠能量后脫離分子，形成離子。比如，氧氣燃燒會(huì)產(chǎn)生綠色或紅色的光，而氮?dú)馊紵齽t會(huì)產(chǎn)生紫色的光。

同一顆流星會(huì)變顏色是什么原理？

就在2023年8月的英仙座流星雨，作者就看到了一個(gè)會(huì)變色的火流星?；鹆餍鞘且环N極為明亮的流星，其亮度通常達(dá)到或超過-4等，顯著超過普通流星?；鹆餍峭ǔ３掷m(xù)時(shí)間較長，顏色多樣，還可能出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象，甚至伴隨響亮的音爆聲和碎片散落。

會(huì)變色的火流星

（圖片來源：作者拍攝）

流星顏色的變化可以受到其他因素的影響，如流星進(jìn)入地球大氣層的速度、所處的高度以及流星體積的大小等。這些因素共同作用，決定了流星在燃燒時(shí)所呈現(xiàn)的具體顏色變化。

一顆火流星

（圖片來源：作者AI生成）

1.組成成分的不同

流星通常由多種元素和化合物組成，不同的成分在高溫下燃燒會(huì)發(fā)出不同的顏色。例如，流星的某一部分可能富含鎂，而另一部分可能富含鈉。當(dāng)流星燃燒時(shí)，這些不同的成分分別發(fā)出藍(lán)綠色和黃色的光。

2.燃燒溫度的變化

隨著流星在大氣層中不斷加速并受到空氣阻力的作用，它的燃燒溫度也會(huì)變化。不同溫度下的燃燒會(huì)導(dǎo)致不同元素或化合物的光譜變化。例如，相對(duì)較低溫度下可能主要是鈉的黃色光，而在較高溫度下，可能會(huì)出現(xiàn)鎂的藍(lán)綠色光。

3.大氣密度的變化

流星在進(jìn)入地球大氣層的過程中，從高空稀薄的大氣層進(jìn)入低空稠密的大氣層。大氣密度的變化會(huì)影響流星的燃燒過程和發(fā)光特性。在較高的地方，燃燒可能不完全，某些成分會(huì)發(fā)出一種顏色的光；而在較低的地方，大氣密度增加，燃燒更加劇烈，可能會(huì)發(fā)出另一種顏色。

觀測(cè)指南

英仙座流星雨即將到來，這是每年最壯觀的天文現(xiàn)象之一。讓我們一起在某個(gè)特別的夜晚，仰望星空，欣賞流星劃過天際的美麗景象。以下是為大家準(zhǔn)備的觀測(cè)攻略，希望能給大家?guī)碜罴延^賞體驗(yàn)。

觀看流星

（圖片來源：作者AI生成）

最佳觀測(cè)時(shí)間：2024年8月12日至14日由于月亮的影響，午夜到黎明前幾小時(shí)是觀測(cè)英仙座流星雨的最佳時(shí)間。12日月亮?xí)?3:28落下；13日月亮?xí)?0:09落下地平線；14日月亮?xí)?0:57落下地平線，因?yàn)榭梢赃x擇在月亮落下前的1-2小時(shí)。

觀測(cè)地點(diǎn)選擇：遠(yuǎn)離城市燈光污染，最好駕車選擇一個(gè)離城市100公里以上的視野開闊且黑暗的地方，如鄉(xiāng)村或山頂。確保天氣晴朗無云，以獲得最佳觀測(cè)效果。

準(zhǔn)備工作：帶上躺椅或毯子，以便舒適地躺下仰望夜空。攜帶足夠的衣物保暖，同時(shí)帶上驅(qū)蚊用品以及藍(lán)牙音箱。

觀測(cè)技巧：最好躺在椅子或毯子上，可以使用一些APP來幫助定位英仙座。不必只盯著英仙座看，流星可能會(huì)出現(xiàn)在夜空的任何地方，保持廣泛的視野是關(guān)鍵。耐心等待，每小時(shí)可見多達(dá)100顆流星，甚至可能看到驚艷的火流星！

單反相機(jī)拍攝技巧：單反相機(jī)需要配有廣角鏡頭或大光圈定焦鏡頭，以及穩(wěn)定的三腳架。把相機(jī)的光圈設(shè)置最大光，15-30秒的長曝光時(shí)間，需要高感光度（ISO800-3200）。并把手動(dòng)對(duì)焦至無限遠(yuǎn)，使用間隔拍攝功能或遙控器連續(xù)拍攝，選擇有趣的前景如樹木或山脈。拍攝后進(jìn)行降噪、堆棧合成和色彩調(diào)整，將捕捉到更多美麗的流星瞬間。

總結(jié)

英仙座流星雨是每年最受歡迎的天文現(xiàn)象之一，其豐富的流星數(shù)量、絢麗的色彩變化和獨(dú)特的觀測(cè)體驗(yàn)，使它成為夏季夜空中的一大亮點(diǎn)。相信大家不僅對(duì)流星雨有了更深入地了解，也掌握了如何更好地觀測(cè)和拍攝流星雨的技巧。愿每一位觀星者都能在英仙座流星雨的陪伴下，度過一個(gè)充滿奇跡與浪漫的夜晚。讓我們一同期待，仰望星空，去偶遇那顆會(huì)漸變顏色的流星吧！

參考文獻(xiàn)：

1.Zhilyaev, Boris Ephimovich , et al. "Methods for estimating some characteristics of meteoroids in the wake of intrusions." 22 International scientific conference Astronomical School of Young Scientists. December 11–12 2020, p. 20-22 2020.