如何測定流星路線?

文/圖.林志隆

 1998年獅子座流星雨著著實實的「唬弄」了全世界一番,許多人也許已經對它再也不感興趣,覺得這只是一次「狼來了」。不過,熟悉這個故事的人應該記得,當最後狼真的來了的時候,所有的村民都不把牠當作一回事,因而失去了欣賞餓狼撲羊的機會。

 IMO(國際流星組織)去年的預報的確很像放羊的小孩。當時有許多其他學者都認為真正的盛況應該會是在今年(1999年),但是媒體跟大眾沒有再等一年的耐心,所以早早就把IMO的預測吵翻了天,結果落了個「放羊的小孩」的笑話。不過平心而論,1998年的獅子座流星雨雖然沒有預期的多,但是明亮的流星很多,這是觀測流星軌道的一個好機會。本文為大家介紹的是測定流星飛行路線的方法,有興趣的讀者不妨試著玩一玩。

 一般我們在理想的晴朗無光害情況下,最暗可以看到6等星(星等的數字越多,亮度就越暗)。但是由於流星移動迅速的關係,所以能看到四等左右的流星就很不錯了。記錄流星路線是一件很有趣的事情,將許多流星的路線畫在星圖上之後,常常就會發現它們的逆向延伸線會交會在一起(圖1) ,看起來就好像流星都是從這裡飛出的一樣,這就是所謂的「輻射點」。

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圖1.將流星的軌跡畫在星圖上,然後向後畫出其延伸線,會發現延伸線交會在同一位置,這個點就叫做「輻射點」。從不同地點記錄的資料放在一起會發現不太一樣,如果要辨識哪兩個是同一顆流星的話,就要靠時間記錄來確認了。

 流星一般在離地表120到150公里的高度就會開始和空氣摩擦而發光,然後在60~70公里的高度就燒光了。如果流星本體夠大的話,就有可能燃燒不完落到地面,這樣的東西就叫做「隕石」。可是我們一般在星圖上所留的記錄是像圖1的平面資料,並沒有第三度空間的高度資料,那我們如何得知流星飛行過程中的高度資料呢?這就是本文所要介紹的方法。

 根據三角測量的原理,只要從適當間隔距離的兩個地方分別測量目標的角度和兩點之間的距離(基線),就可以算出目標所在的位置。因此我們要作流星三度空間位置的標定,也需要從兩個不同地點測量流星的位置(圖2)。一般來說,這兩個點的距離最好是在20到60公里之間。這是因為流星一般開始燃燒的高度大約是150公里上下,而大部分會在60到70公里高度就燒完了,所以距離太近的話會因為基線太短而誤差變大,而距離太遠的話則容易發生無法同時觀測到的情況。

 在選好觀測地點之後,最好能夠先用衛星定位儀GPS確認一下自己的座標,也可以隨機移動,事後再回來測量該點的座標。有了位置座標之後,基線長度就可以計算出來了。

 在觀測時必須要攝影跟目視觀測同時進行,這是因為攝影記錄只能提供精確的飛行路線,卻沒辦法把發生時間也記錄下來,而這是比對不同數據時不可或缺的資料,所以必須用人工記錄時間,事後再把它們補到照片上去。

 攝影觀測通常需要用到可以追蹤恆星運動的赤道儀,相機就像圖3中這樣架設在赤道儀上涵蓋住大部分的天空。流星攝影一般都用50mm以下的廣角鏡頭,光圈則最好在F2.8以下而且全開,底片感光度則在400度,甚至800度以上,這樣比較能夠拍攝到完整的飛行過程。

 目視觀測的作法是準備一些大天域的星圖,當有明亮的流星飛過時,就將其大致飛行的路線標繪到星圖上,並且標上觀測到的時分秒。為了避免畫太多之後互相重疊不清,最好每15到30分鐘就換一張新的星圖。目視觀測記錄最好要配合攝影記錄更換,例如攝影是每5分鐘換一張底片,那目視的記錄就要以5分鐘的整數倍(15、20…)為準。

 在觀測完畢要整理資料的時候,首先要將各組拍攝到的照片依照時間順序和目視記錄對應起來。然後在照片上尋找拍攝到的流星痕跡,每找到一顆流星就在目視星圖上找路線相近的記錄,然後將目視記錄上所標示的時間記到相片上去。

 在整理完分組記錄之後,就必須要整合各組的記錄,求得流星的三度空間位置。由於同一張照片上可能有很多顆流星,各組比對時常會搞不清那個要對到那個,所以目視記錄的時間這時候就派上用場了。由於同時出現兩個很亮的流星的機會非常小,所以只要比對出現的時間就可以確認同一顆流星在不同組的記錄。

 找出同一流星在各組記錄的不同軌跡後,還要把它們再整理到同一張星圖上去。然後再利用一些如GUIDE 7.0或SKYMAP等天文軟體,來計算從各個觀測點觀測到的「方位角」和「仰角」 ,之後就可以利用三角函數來計算軌道上各點的經、緯度和高度這三個空間座標(圖2)。由於詳細計算過程比較枯燥,所以就不在此詳述了。

 在做這種觀測的時候,至少要有兩組人員在不同地點觀測,最好要有三組以上分別觀測,這樣可以避免流星正對觀測者而來的時候會出現死角不好記錄。做這種流星觀測看來很難,其實這些觀測人員並不需要很高的觀測技巧。基本上國內很多高中或大學天文社就已經有做這種觀測的能力了,主要的問題是欠缺聯合觀測的經驗跟協調工作,而且記錄後的資料整理工作也缺乏整合。學校或民間社團有興趣的話不妨可以玩玩看,如果資料整理或分析有困難的話,本館研究人員可以提供必要的援助。

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2.利用天文軟體將流星軌跡上某幾個點的「方位角」和「仰角」求出來,連接之後會得到一個平面。再由不同點畫出的平面交會之後,就會交出一條直線,這就是流星行經的路線。

3.將多架相機架設在赤道儀上分別對向不同空域,以期一網打盡。