Метеорный поток — это небесное явление, при котором наблюдается выброс или возникновение множества метеоров из одной точки ночного неба . Эти метеоры вызваны потоками космического мусора, называемыми метеороидами, которые входят в атмосферу Земли на чрезвычайно высоких скоростях по параллельным траекториям. Большинство метеоров меньше песчинки, поэтому почти все они распадаются и никогда не достигают поверхности Земли. Очень интенсивные или необычные метеорные потоки известны как метеорные выбросы и метеорные штормы , которые производят не менее 1000 метеоров в час, в основном из Леонид . [1] Центр метеорных данных перечисляет более 900 предполагаемых метеорных потоков, из которых около 100 хорошо известны. [2] Несколько организаций указывают на возможности наблюдения в Интернете. [3] НАСА ведет ежедневную карту активных метеорных потоков. [4]
Метеорный дождь в августе 1583 года был зарегистрирован в рукописях Тимбукту . [5] [6] [7] В современную эпоху первым крупным метеорным штормом был Леониды в ноябре 1833 года. По одной из оценок, пиковая скорость составляла более ста тысяч метеоров в час, [8] но по другой оценке, сделанной после того, как шторм стих, за 9 часов шторма было зафиксировано более двухсот тысяч метеоров, [9] по всему региону Северной Америки к востоку от Скалистых гор . Американец Денисон Олмстед (1791–1859) наиболее точно описал это событие. Проведя последние недели 1833 года за сбором информации, он представил свои выводы в январе 1834 года в Американском журнале науки и искусств , опубликованном в январе-апреле 1834 года, [10] и январе 1836 года. [11] Он отметил, что поток был кратковременным и не был замечен в Европе , и что метеоры исходили из точки в созвездии Льва . Он предположил, что метеоры возникли из облака частиц в космосе. [12] Работа продолжалась, пока исследователи не пришли к пониманию ежегодной природы потоков, хотя возникновение штормов озадачило исследователей. [13]
Фактическая природа метеоров все еще обсуждалась в 19 веке. Метеоры рассматривались как атмосферное явление многими учеными ( Александр фон Гумбольдт , Адольф Кетле , Юлиус Шмидт ), пока итальянский астроном Джованни Скиапарелли не установил связь между метеорами и кометами в своей работе «Заметки об астрономической теории падающих звезд» ( 1867 ). В 1890-х годах ирландский астроном Джордж Джонстон Стоуни (1826–1911) и британский астроном Артур Мэтью Уэлд Даунинг (1850–1917) были первыми, кто попытался вычислить положение пыли на орбите Земли. Они изучали пыль, выброшенную в 1866 году кометой 55P/Темпеля-Туттля перед ожидаемым возвращением потока Леонид в 1898 и 1899 годах. Ожидались метеорные бури, но окончательные расчеты показали, что большая часть пыли будет находиться далеко внутри орбиты Земли. К тем же результатам независимо пришел Адольф Берберих из Königliches Astronomisches Rechen Institut (Королевский астрономический вычислительный институт) в Берлине, Германия. Хотя отсутствие метеорных бурь в тот сезон подтвердило расчеты, для получения надежных прогнозов требовалось развитие гораздо более совершенных вычислительных инструментов.
В 1981 году Дональд К. Йоманс из Лаборатории реактивного движения рассмотрел историю метеорных потоков Леонид и историю динамической орбиты кометы Темпеля-Туттля. [14] График [15] из него был адаптирован и переиздан в Sky and Telescope . [16] Он показал относительное положение Земли и кометы Темпеля-Туттля и отметки, где Земля столкнулась с плотной пылью. Это показало, что метеороиды в основном находятся позади и вне пути кометы, но пути Земли через облако частиц, приводящие к мощным штормам, были очень близки к путям почти без активности.
В 1985 году Е. Д. Кондратьева и Е. А. Резников из Казанского государственного университета впервые правильно определили годы, когда выбрасывалась пыль, которая была ответственна за несколько прошлых метеорных штормов Леонид. В 1995 году Питер Дженнискенс предсказал всплеск альфа-Моноцеротид 1995 года из пылевых следов. [17] В ожидании шторма Леонид 1999 года Роберт Х. Макнот , [18] Дэвид Эшер , [19] и финский ученый Эско Люйтинен были первыми, кто применил этот метод на Западе. [20] [21] В 2006 году Дженнискенс опубликовал прогнозы будущих встреч со следами пыли, охватывающие следующие 50 лет. [22] Жереми Вобайон продолжает обновлять прогнозы на основе наблюдений каждый год для Института небесной механики и исчисления эфемерид (IMCCE). [23]
Поскольку все частицы метеорного потока движутся по параллельным траекториям и с одинаковой скоростью, наблюдателю снизу будет казаться, что они исходят из одной точки на небе. Эта точка излучения вызвана эффектом перспективы , подобно параллельным железнодорожным путям, сходящимся в одной точке схода на горизонте. Метеорные потоки обычно называют в честь созвездия, из которого, как кажется, исходят метеоры. Эта «неподвижная точка» медленно перемещается по небу ночью из-за вращения Земли вокруг своей оси, по той же причине, по которой звезды кажутся медленно марширующими по небу. Радиант также немного перемещается из ночи в ночь на фоне звезд (дрейф радианта) из-за движения Земли по своей орбите вокруг Солнца. Карты дрейфующих «неподвижных точек» см. в Календаре метеорных потоков ИМО 2017 ( Международная метеорная организация ).
Когда движущийся радиант находится в самой высокой точке, он достигнет неба наблюдателя в эту ночь. Солнце только-только расчистит восточный горизонт. По этой причине лучшее время для наблюдения за метеорным потоком обычно немного перед рассветом — компромисс между максимальным количеством метеоров, доступных для наблюдения, и светлеющим небом, из-за которого их становится труднее увидеть.
Метеорные потоки названы в честь ближайшего созвездия или яркой звезды с греческой или римской буквой, назначенной близко к положению радианта в пике потока, в результате чего грамматическое склонение латинской притяжательной формы заменяется на «id» или «ids». Таким образом, метеоры, исходящие из окрестностей звезды Дельта Водолея (склонение «-i»), называются Дельта-Акваридами . Рабочая группа Международного астрономического союза по номенклатуре метеорных потоков и Центр метеорных данных МАС отслеживают номенклатуру метеорных потоков и то, какие потоки установлены.
Метеорный дождь является результатом взаимодействия между планетой, такой как Земля, и потоками обломков от кометы . Кометы могут производить обломки за счет сопротивления водяного пара, как продемонстрировал Фред Уиппл в 1951 году [24] , а также за счет распада. Уиппл представлял себе кометы как «грязные снежки», состоящие из камня, заключенного во льду, вращающегося вокруг Солнца . «Лед» может быть водой , метаном , аммиаком или другими летучими веществами , по отдельности или в сочетании. «Камень» может различаться по размеру от пылинки до небольшого валуна. Твердые частицы размером с пылинку встречаются на несколько порядков чаще, чем твердые частицы размером с песчинки, которые, в свою очередь, встречаются также чаще, чем частицы размером с гальку, и так далее. Когда лед нагревается и сублимируется, пар может увлекать за собой пыль, песок и гальку.
Каждый раз, когда комета пролетает мимо Солнца по своей орбите , часть ее льда испаряется, и определенное количество метеороидов будет сброшено. Метеороиды распространяются вдоль всей траектории кометы, образуя метеороидный поток, также известный как «пылевой след» (в отличие от «газового хвоста» кометы, образованного мельчайшими частицами, которые быстро сдуваются давлением солнечного излучения).
Недавно Питер Дженнискенс [22] утверждал, что большинство наших короткопериодических метеорных потоков не являются результатом обычного сопротивления водяного пара активных комет, а являются продуктом редких распадов, когда большие куски отрываются от в основном спящей кометы. Примерами являются Квадрантиды и Геминиды , которые возникли в результате распада объектов, похожих на астероиды, (196256) 2003 EH 1 и 3200 Phaethon , соответственно, около 500 и 1000 лет назад. Фрагменты имеют тенденцию быстро распадаться на пыль, песок и гальку и распространяться вдоль орбиты кометы, образуя плотный метеороидный поток, который впоследствии эволюционирует в траекторию Земли.
Вскоре после того, как Уиппл предсказал, что частицы пыли движутся с низкой скоростью относительно кометы, Милош Плавец первым предложил идею пылевого следа , когда он рассчитал, как метеороиды, однажды освободившись от кометы, будут дрейфовать в основном впереди или позади кометы после завершения одной орбиты. Эффект прост в небесной механике — материал дрейфует лишь немного вбок от кометы, дрейфуя впереди или позади кометы, потому что некоторые частицы делают более широкую орбиту, чем другие. [22] Эти пылевые следы иногда наблюдаются на изображениях комет, полученных в среднем инфракрасном диапазоне (тепловое излучение), где частицы пыли от предыдущего возвращения к Солнцу распространяются вдоль орбиты кометы (см. рисунки).
Гравитационное притяжение планет определяет, где пылевой след пройдет по орбите Земли, подобно тому, как садовник направляет шланг, чтобы полить далекое растение. В большинстве лет эти следы вообще не касались Земли, но в некоторые годы на Землю падают метеоры. Этот эффект был впервые продемонстрирован в наблюдениях за альфа-Моноцеротидами 1995 года [25] [ 26] и в более ранних, не широко известных идентификациях прошлых земных бурь.
В течение более длительных периодов пылевые следы могут развиваться сложным образом. Например, орбиты некоторых повторяющихся комет и метеороидов, покидающих их, находятся на резонансных орбитах с Юпитером или одной из других крупных планет – поэтому количество оборотов одной будет равно количеству оборотов другой. Это создает компонент ливня, называемый нитью.
Вторым эффектом является близкое столкновение с планетой. Когда метеороиды пролетают мимо Земли, некоторые из них ускоряются (делают более широкие орбиты вокруг Солнца), другие замедляются (делают более короткие орбиты), что приводит к разрывам в пылевом следе при следующем возвращении (как будто открывается занавес, и зерна скапливаются в начале и конце разрыва). Кроме того, возмущение Юпитера может кардинально изменить участки пылевого следа, особенно для комет с коротким периодом, когда зерна приближаются к гигантской планете в самой дальней точке вдоль орбиты вокруг Солнца, двигаясь наиболее медленно. В результате след имеет комкование , переплетение или запутывание полумесяцев каждого выброса материала.
Третий эффект — это эффект давления излучения , которое будет выталкивать менее массивные частицы на орбиты дальше от Солнца, в то время как более массивные объекты (ответственные за болиды или болиды ) будут, как правило, меньше подвергаться воздействию давления излучения. Это делает некоторые встречи пылевых следов богатыми яркими метеорами, другие — богатыми слабыми метеорами. Со временем эти эффекты рассеивают метеороиды и создают более широкий поток. Метеоры, которые мы видим из этих потоков, являются частью ежегодных ливней , потому что Земля сталкивается с этими потоками каждый год примерно с одинаковой скоростью.
Когда метеороиды сталкиваются с другими метеороидами в зодиакальном облаке , они теряют свою связь с потоком и становятся частью фона "спорадических метеоров". Давно рассеявшись из любого потока или следа, они образуют изолированные метеоры, а не часть какого-либо потока. Эти случайные метеоры не будут казаться пришедшими из радианта ведущего потока.
В большинстве лет наиболее заметным метеорным потоком являются Персеиды , пик которых приходится на 12 августа каждого года и составляет более одного метеора в минуту. У НАСА есть инструмент для расчета количества метеоров в час, видимых с точки наблюдения.
Пик метеорного потока Леонид приходится примерно на 17 ноября каждого года. Поток Леонид производит метеорный шторм, достигающий пика со скоростью в тысячи метеоров в час. Штормы Леонид дали начало термину метеорный поток , когда впервые было обнаружено, что во время шторма в ноябре 1833 года метеоры излучались из окрестностей звезды Гамма Льва. Последние штормы Леонид были в 1999, 2001 (два) и 2002 годах (два). До этого были штормы в 1767, 1799, 1833, 1866, 1867 и 1966 годах. Когда поток Леонид не штормит , он менее активен, чем Персеиды.
Инфографику по календарю метеоритных дождей-2021 см. справа.
Официальные названия приведены в списке метеорных потоков Международного астрономического союза. [27]
Любое другое тело Солнечной системы с достаточно прозрачной атмосферой также может иметь метеорные потоки. Поскольку Луна находится по соседству с Землей, она может испытывать те же потоки, но будет иметь свои собственные явления из-за отсутствия у нее атмосферы как таковой , например, значительное увеличение ее натриевого хвоста . [42] НАСА теперь поддерживает постоянную базу данных наблюдаемых воздействий на Луну [43], поддерживаемую Центром космических полетов им. Маршалла, независимо от того, были ли они вызваны потоком или нет.
На многих планетах и лунах есть ударные кратеры, датируемые большими промежутками времени. Но возможны новые кратеры, возможно, даже связанные с метеорными потоками. Известно, что на Марсе, а следовательно, и на его лунах, есть метеорные потоки. [44] Они пока не наблюдались на других планетах, но можно предположить, что они существуют. Для Марса в частности, хотя они отличаются от тех, что наблюдаются на Земле из-за разных орбит Марса и Земли относительно орбит комет. Марсианская атмосфера имеет менее одного процента плотности земной на уровне земли, на их верхних краях, куда падают метеороиды; эти два типа более похожи. Из-за схожего давления воздуха на высотах для метеоров эффекты во многом такие же. Только относительно более медленное движение метеороидов из-за увеличенного расстояния от Солнца должно незначительно уменьшать яркость метеоров. Это несколько сбалансировано, потому что более медленное падение означает, что у марсианских метеоров больше времени для абляции. [45]
7 марта 2004 года панорамная камера на марсоходе Spirit зафиксировала полосу, которая, как теперь полагают, была вызвана метеором из марсианского метеорного потока, связанного с кометой 114P/Wiseman-Skiff . Мощное проявление этого потока ожидалось 20 декабря 2007 года. Другие предполагаемые потоки — это поток «Лямбда-Геминиды», связанный с эта-Акваридами Земли ( то есть оба связаны с кометой 1P/Halley ), поток «Бета Большого Пса», связанный с кометой 13P/Olbers , и «Дракониды» из кометы 5335 Damocles . [46]
На Юпитере наблюдались отдельные массивные столкновения: комета Шумейкеров-Леви 9 1994 года , которая также оставила после себя короткий след, а также последующие события с тех пор (см. Список событий на Юпитере ). Метеоры или метеорные потоки обсуждались для большинства объектов Солнечной системы с атмосферой: Меркурий, [47] Венера, [48] спутник Сатурна Титан , [49] спутник Нептуна Тритон , [50] и Плутон . [51]