版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán),請聯(lián)系我們

一起去“聽”流星雨

中國科普博覽
中國科協(xié)、中科院攜手“互聯(lián)網(wǎng)+科普”平臺,深耕科普內(nèi)容創(chuàng)作
收藏

作者:孟雪潔(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)

文章來源于科學(xué)大院公眾號(ID:kexuedayuan)

人們總是對流星雨充滿了浪漫的想象。想看到流星雨,一般要去遠(yuǎn)離光污染的郊外,但是在城市生活的我們,年年都聽說有流星雨,但就是從來沒有見到過。

如果你缺少特意跑到郊外看流星的“追星”熱情,又想趁此機(jī)會浪漫一下,該怎么辦?或許你可以閉上眼睛,用另外一種方式感知流星,聽流星的“聲音”。

(圖片來源:網(wǎng)絡(luò)截圖)

流星雨從哪里來

流星雨來自太陽系中某些彗星、小行星的碎片。這些星體運(yùn)行在大橢圓軌道上,幾十年至上百年繞太陽一周,當(dāng)它們接近太陽時(shí),受到太陽風(fēng)的作用會噴射出大量顆粒。這些顆粒直徑介于100微米至10米之間,密度、質(zhì)量很低(0.1~0.5 g/cm^3),含有鈉、鋰、鐵、鎂、鋁、鈣等多種元素。在幾個(gè)世紀(jì)的時(shí)間內(nèi),這些顆粒在彗星或小行星的軌道附近形成一條廣闊的塵埃帶。

每當(dāng)?shù)厍虼┰竭@些塵埃帶時(shí),彗星或小行星的碎片以18km/s的平均速度投射進(jìn)地球大氣,流星雨就會降臨地球。由于地球軌道與塵埃帶之間的方位是固定的,因此在夜空上看來流星雨似乎是從同一個(gè)位置投射出來,流星雨的名字就用輻射中心處的星座命名。

圖1 地球在彗星留下的流星體帶中穿行而過

例如每年12月中旬,地球會從小行星Phaeton產(chǎn)生的碎片帶中穿行而過,在觀測條件好的情況下,以雙子座為中心,平均每小時(shí)能看到120顆流星,這就是雙子座流星雨。

那么我們要如何才能聽到流星呢?這要從我們熟悉的收音機(jī)說起。

高層大氣電離 傳播電波信號

距地表60公里至幾千公里的高層大氣被太陽紫外線電離,稱為電離層。電離層能夠反射頻率低于30MHz的短波無線電波。電波在地面和電離層之間來回反射,可以傳播到上千公里之外。

常聽廣播的朋友可能會注意到,收音機(jī)可以接收到的廣播頻段分為兩種,一種是頻率比較低(3-30MHz)的AM調(diào)幅廣播,另一種為頻率較高(87.5-108MHz)的FM調(diào)頻廣播。AM調(diào)幅廣播就是利用電離層反射的方式傳播的。條件好的情況下,來自大洋彼岸的AM廣播都能被接收到。一般來講,電離層只能反射低頻的無線電波。頻率較高的FM調(diào)頻廣播不會受電離層反射,在大氣層中只能沿直線傳播。由于廣播信號受地平線阻擋,傳播距離會大大縮短。正因?yàn)槿绱?,收音機(jī)通常只能接收到同城幾十公里以內(nèi)的FM廣播信號。

圖2 電離層反射無線電波

流星“轉(zhuǎn)播”聲音的原理與電離層傳播AM廣播信號的原理類似。當(dāng)流星雨來臨時(shí),大量的流星體在電離層底部與大氣作用,燒蝕殆盡,留下一道道被電離的軌跡。這些軌跡可能有幾十公里長,位于距離地面80~120公里的高度上,稱為流星余跡。流星余跡增大了低層電離層的電子、離子密度。在一些情況下,流星余跡會像電離層對AM無線電波的作用一樣,反射高頻率的FM無線電波。這樣我們就能突然聽到由流星帶來的遠(yuǎn)方電臺的聲音。

圖3 流星產(chǎn)生余跡(圖來自網(wǎng)絡(luò))

一起去“聽”流星雨

怎樣收聽流星“轉(zhuǎn)播”的FM廣播呢?首先我們需要找到一個(gè)目標(biāo)電臺。由于流星余跡的高度在100公里左右,它能夠“轉(zhuǎn)播”的電臺與收聽者的距離需要在1000至2000公里之間。我們可以拿出中國地圖,在距離本地1000至2000公里之間找一個(gè)大城市,上網(wǎng)查詢一下這個(gè)城市熱門的廣播電臺頻率。電臺功率越大,收聽到的幾率也就越大。選擇一個(gè)跟本地電臺頻率不沖突的電臺,把收音機(jī)調(diào)到這個(gè)頻率上。

如果你足夠幸運(yùn),當(dāng)一顆流星幸運(yùn)地出現(xiàn)在收聽者和電臺的正中間時(shí)(距離我們500至1000公里處),收音機(jī)里的“嘶嘶”聲會突然變?yōu)殡娕_節(jié)目的聲音。由于流星尾跡在幾秒的時(shí)間內(nèi)快速消散,信號就會消失,收音機(jī)里很快會又會變回?zé)o信號的狀態(tài)。如果這顆幸運(yùn)流星遲遲不出現(xiàn),我們還可以試試其它方向的電臺,碰碰運(yùn)氣。

為我們“轉(zhuǎn)播”節(jié)目的流星一般離我們很遠(yuǎn),位于地平線附近,因此是看不到的,只能通過這種方法聽到它們的“聲音”。這一現(xiàn)象稱為流星突發(fā)通信。它可使半徑2000 km 以內(nèi)的兩個(gè)點(diǎn)之間短暫達(dá)到通信條件,而不需要中繼器的幫助。實(shí)際上,更多情況下流星雨對電波通信的影響是負(fù)面的。流星尾跡的等離子體可能引起不規(guī)則反射和漫反射,改變電波傳播的路徑、分散電波的強(qiáng)度,降低通訊質(zhì)量。例如在1966 年超大規(guī)模的獅子座流星雨來臨時(shí),流星尾跡造成電離層電子密度上升了100倍,電波傳播被嚴(yán)重破壞。

比較精確的流星雨預(yù)報(bào)一般參考國際流星組織(IMO)的年度流星雨日歷,每年6-8月以及10-12月均有較大的流星雨出現(xiàn)。

下次流星雨來臨時(shí),雖然在城市中難以一睹流星的真容,但可以打開收音機(jī),試試收聽流星的“聲音”,想想也是非常浪漫呢~