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第6章 夢中的流星:流星雨的觀測和拍攝

“陪你去看流星雨落在這地球上……”是一件感覺很浪漫的事。近年來,各種媒體也總會時不時報道一些流星雨的消息。看完這些報道以後,許多人都會變得興奮異常,摩拳擦掌,想要好好欣賞一次如某些影視作品所描繪的“星隕如雨”的盛況。如果你也是這樣想,那我要先給你潑一瓢冷水:目前已知的絕大多數流星雨,都不會出現這樣的場面。如果你只想看到這種場面並且只認為這種場面才算是流星雨的話,那麼也許你窮盡一生也看不到一次!不過,如果調低預期,並掌握正確的觀測和拍攝方法,你就能欣賞到很不錯的流星雨,並拍到令人讚歎的流星雨照片。

1.流星和流星雨的基本概念

流星是流星體進入地球大氣層並與之摩擦燃燒發光的現象,而當流星群與地球相遇時,就會形成流星雨。流星群往往是彗星的噴發物形成的物質團塊,它們的軌道會非常相似並且近乎平行。要注意“流星雨”這個詞其實是物理上的概念,只要有物理聯繫,同一個群的流星一晚上即使只出現兩顆也叫流星雨,真出現下雨似的場面是極其罕見的。亮於金星(-4等)的流星稱為火流星。有的火流星在消失後還會留下雲霧狀的淡淡長帶,稱為“流星余跡”,持續幾秒鐘到幾分鐘不等。

流星雨的理想觀測條件是指天空非常晴朗,大氣透明度非常好,天空完全黑暗,沒有任何人為的光污染,且沒有月光干擾時的觀測條件。這樣的觀測條件是很難達到的。

目視極限星等是衡量觀測條件好壞的一個指標,指你在所處的觀測條件下肉眼能看到的最暗星的星等(星等數字越小,星星亮度越大)。理想觀測條件下視力正常的人的目視極限星等為6.5等,觀測條件越差這個數字越小。一般而言,在一個晴朗無月的夜晚,偏遠農村的目視極限星等能接近6等,大城市近郊目視極限星等是4~5等,小城市是3~4等,而像北京這樣的大城市,一般只有3等甚至更低。

►2009年英仙座流星雨期間一顆火流星“砸”向野長城。

●這是筆者2013年8月中旬英仙座流星雨期間在張北壩上草原拍攝的流星雨照片。在大約 4小時的時間裡,拍到了68顆群內流星,然後疊加在一起,得到了這樣一幅壯觀的畫面。在星空和銀河背景下,大量的流星向四面八方發散而出,真的是“星隕如雨”一般,看它們的反向延長線,確實都交於一個點,這個點就是英仙座流星雨的輻射點。

流星雨有極大和爆發的概念。一場流星雨,一般並不是只在一兩個小時內才能看到,而往往是連續好幾天甚至一個月都能觀測,但大多數時候流量都很小,只在一個相對很小的時間段裡才會有大量的流星出現,這時我們稱之為該流星雨的極大。而爆發主要是針對一些有一定週期性的流星雨而言的,它們每年都有極大,但在大多數年份裡,就算極大時流量也很小,而在某些年份卻有可能出現流量特別高的極大(比如著名的獅子座流星雨),這就是爆發。

●流星雨輻射點成因(星緣山風隊風語供圖)。

流星雨看起來好像是從天空中同一個點發射出來的,這個就叫作該流星雨的輻射點。其實這是由透視效應造成的。就像我們站在鐵路上往遠方看兩條鐵軌交匯於一點一樣,流星雨時所有流星體的運動方向都是平行的,所以看起來這些流星就好像從一個點發出來往四面八方而去。反過來,要判斷一顆流星是不是該流星群內的,主要就看它的反向延長線過不過那個輻射點。

小貼士

不負責任的新聞媒體在報道流星雨預報時,往往直接把ZHR的數字說成是每小時劃過的流星數量,就好像只要是晴天你出去看了就一定能看到那麼多似的,對公眾造成了嚴重誤導。另外,ZHR超過1000的流星雨稱為流星暴雨。

ZHR(每小時天頂流量)是衡量流星雨大小的一個量,指在理想觀測條件下,流星雨的輻射點位於天頂時,一個視力正常的觀測者每小時看到的流星數量。如果目視極限星等到不了6.5等,或者輻射點不在天頂,能看到的流星數量就會成倍減少。而除非你運氣特別好,否則這兩種情況是一定會發生的。

我們一般用流星雨輻射點所在的星座或附近比較明亮的星名來命名這個流星雨,例如獅子座流星雨的輻射點就位於獅子座中,而寶瓶座η流星雨就位於寶瓶座η星附近。當然還有一些流星雨採用的是特殊名字,如南、北金牛座流星雨。

2.我們每年能看到哪些較大的流星雨?

目前科學家們基本掌握了每年會發生的較大流星雨。以《天文愛好者》雜誌社出版的《2013年天象大觀》為例,能看到26個流星雨的預報(小流量的流星雨成百上千)。

●有14個的ZHR都小於10!這樣的流星雨就算在極大時外加很好的觀測條件每小時也只能看到幾顆,觀測條件一旦稍差就可能一顆都看不到,顯然不推薦大家觀測。

●另有3個流量很不穩定,極難預測,大多數年份ZHR可能也是不到10,但突然遇上爆發有可能到幾十甚至數百(比如天龍座流星雨,其歷史上的最強爆發甚至可以上千),這種沒準兒的事情天文工作者和鐵桿愛好者比較喜歡監測,但不太推薦普通愛好者觀測。

●還有5個流星雨ZHR在20~80之間,這樣的流星雨就比較值得有一定專業精神的愛好者觀測了。

● 2009年雙子座流星雨的六顆流星 (白色略發綠的亮線)。

●剩下4個中,獅子座流星雨比較特殊,後文詳述,這樣還剩下3個ZHR比較穩定且能上百的流星雨:1月3~4日極大的象限儀流星雨、8月13日左右極大的英仙座流星雨和12月14日左右極大的雙子座流星雨,它們合稱北半球三大流星雨,這才是普通愛好者和廣大公眾每年值得觀測的流星雨。

但即使是這三大流星雨,極大時預報 ZHR一般也只有80~120,實際觀測時考慮到觀測條件和輻射點高度等因素,1小時能看到四五十顆就很不錯了(平均下來每分鐘還不到1顆)。這樣的流量相比於“星隕如雨”的感覺實在差得太遠,但這就是無情的事實!

3.影響觀測流星雨的其他因素

現在我們知道了北半球三大流星雨,但它們並不一定每年都能很好的觀測,因為還有其他許多因素影響。

●月亮。

月明星稀,月光會嚴重影響目視極限星等,但這個巨大的光源我們卻無論如何也避不開,因此當我們準備觀測某一個流星雨時,首先要考慮的就是當時的月相。只有在極大時月亮已經落山或者尚未出來時,觀測效果才會比較好。比如2013年的三大流星雨中,12月14日的雙子座流星雨極大時就受盈凸月的強烈影響,觀測效果大打折扣。

●極大時刻出現在當地是白天還是晚上。

如果是白天,那我們只能在極大前後的晚上進行監測,流量很可能會比較小。

●極大時的天氣狀況以及觀測地的情況。

如果遇到陰雨天氣,或者沒法到郊外觀測而只能留在城市裡,那基本就不要指望看到什麼了。

►2009年獅子座流星雨的三顆流星 (綠色亮線)。紅色線條標出了獅子座反問號。

●其他因素。對於學生或者上班族而言,如果一個流星雨的極大不在週末,那要想通宵觀測恐怕也需要很大的勇氣和毅力……

到這裡,大家終於明白一年要看一次像樣的流星雨是多麼不容易了吧!

4.當之無愧的流星雨之王——獅子座流星雨

這個著名的流星雨幾乎是唯一一個能給人真正“星殞如雨”感覺的流星雨(也許天龍座流星雨在大爆發時也能達到),它在歷史上大爆發時曾經達到過上10萬的流量!想像一下,10萬/小時,1小時 3600 秒,意味著平均每秒都能看到將近30 顆流星,並且在這個流星雨中,火流星很多,那是何其壯觀的場面!

不過,它的爆發有33年的週期,這和它的母彗星坦普爾-塔特爾以33年為週期圍繞太陽運行有關。換句話說,每過 33年,我們才能連續三四年有機會目睹這樣的爆發,平常年份這個流星雨的ZHR也就15~20。

上一次坦普爾-塔特爾彗星的回歸在1998年,對應的獅子座流星雨的表現如下。

●1998年的ZHR達到了400,但比預報提前了一天,大多數人都錯過了。

●1999年,科學家修改了預報模型,成功預報了這次流星雨。不過這一年的爆發時刻是北京時間18日中午,中國愛好者沒能觀測到精彩的爆發,歐洲方面的觀測顯示ZHR達到了3700!這已經是很強的流星暴雨了。

●2000年,這個流星雨的ZHR又回落到了100多。

●2 0 01年,中國的愛好者苦等了4年,終於盼到了一次最好的觀測機會:極大時間在11月18日晚上到19日凌晨,沒有月光干擾,其中最大的亞洲峰值在19日凌晨2時來臨。這次獅王沒有讓我們失望,發出了一次真正的怒吼——ZHR達到了4000,而且持續時間很長。

►2001年獅子座流星暴雨。北京天文同好會曹軍攝於箭扣長城。這張圖中從右上到左下的亮線是流星,而從左上到右下的亮線是長時間曝光形成的星跡。許多不負責任的媒體在宣傳流星雨時常常誤把星跡圖當作流星,大家注意鑒別。

●2012年英仙座流星雨期間拍攝的2顆群內流星((左)和一顆群外流星 (中)。

●2002年,預報的兩個峰值分別在歐洲和美洲,極大時刻有滿月干擾,觀測條件不佳,但人們仍然看到了數量可觀的明亮流星,最終兩個峰值的ZHR都超過了2000。

然後,獅子座流星雨就暫時銷聲匿跡了。後面三次坦普爾-塔特爾彗星的回歸將在2031年、2065年和2098年,但由於很多複雜因素的影響,目前的預報表明,這三次回歸所帶來的獅子座流星雨可能都不會達到1999年或2001年的表現。除了2068年和2103年的兩次ZHR可能上千外,其他時候的ZHR 恐怕最多也只有幾百。如果這個預報正確,那麼很遺憾,恐怕現在正在看本書的人此生都難以見到那種真正“星隕如雨”的流星雨奇觀了。

所以,如果想在有生之年看一次流星雨,那麼請務實點,先在三大流星雨中挑一個預報機會不錯的,做好充足的準備工作,找一個理想的觀測地點,然後踏踏實實地看一晚上吧!如果在極大時你一小時看到了50 顆以上的流星,那就是相當不錯的成績了,知足吧!

根據近幾年的觀測情況,雙子座流星雨表現最好,流量大,最大 ZHR常常超過 2 0 0,且在較長時間都能保持較高流量,每年的表現也很穩定。其次是英仙座流星雨,它的流量也許不如雙子座流星雨,但發生在暑假裡,更便於青少年觀測,而且夏天氣溫較高,不像冬天那麼寒冷。最後是象限儀流星雨,它最大的問題是極大時間很短,再加上也處於寒冷的冬夜,因此欣賞價值大打折扣。

5. 目視觀測流星雨

在確定了一次流星雨的觀測機會確實很好——Z H R 夠大、極大時無月光影響、極大時刻發生在中國的晚上——而決定觀測以後,我們還要進行以下準備工作。

●看天氣預報,確定當時的天氣狀況。

當然由於天氣預報也不是很準,所以其實就算預報陰天甚至下雨,也可以碰碰運氣,前提是你要有足夠的興趣和承受失望的勇氣。

●有理想的觀測地。

在城市裡基本是不要指望看到什麼的,所以最好去遠郊這種光污染少的地方。另外觀測地地勢最好要比較高,周圍不要有太高大的阻擋視線的障礙物。切記夜間去野外時,保證安全是第一要務,最好是多約幾個人一起出去。如果在農村有親戚朋友那再好不過,否則的話盡量在觀測地附近找一個農家院或者小旅館,觀測時能保證安全,困了累了還能休息。有條件的話也可以背帳篷露營。由此可見,觀測前最好找個白天先外出踩好點,以免事到臨頭抓瞎。

如果實在沒有條件去郊外,在城市裡的話也要盡量找燈光不那麼密集且視野開闊的地方,高樓的樓頂、大江大湖的邊上、學校裡的操場、公園綠地裡的大空場等等都是可以考慮的地方。

●準備觀測裝備。

基本上,觀測流星雨只需要帶上我們的眼睛就行了(不需要望遠鏡!),但為了更好的觀測,還是建議大家多帶一些輔助裝備。

如果一直仰著脖子看,很快就會酸疼;但是如果低頭休息,就有可能正好錯過一顆漂亮的流星,所以需要準備一塊防潮墊,這樣就可以躺在墊子上舒舒服服的觀測了。當然,要想更舒服還可以準備類似小枕頭之類的東西,只要你帶得下。如果你住親戚朋友家或在旅館裡觀測而碰巧他們有躺椅,那麼也可以起到類似的作用。

●觀測方向。

由於流星雨是從輻射點出來向四面八方發散的,所以理論上我們向天空任何方向看都行。當然,比較好的觀測區域是天頂附近,因為這裡往往目視極限星等最高且不會受到地平線附近的障礙物遮擋。如果知道輻射點的位置當然好,不知道也沒關係,不影響你的欣賞。

6.拍攝流星雨

對流星雨的觀測和拍攝沒有特定的方位要求,理論上朝向天空任何一個地方都可以(當然要避開月亮之類的強光源)。拍攝的基本方法和參數設置參考第三章中的“延時攝影”部分,不過單張曝光時間可以有些不同,保證不使背景星空太亮即可。因為太亮的話,一些暗流星就淹沒在背景裡了。使用APS-C 畫幅相機和普通鏡頭的朋友,可以嘗試使用28mm 左右的等效焦距,光圈開到最大(比如 f/3.5或 f/2.8),感光度則取決於你相機的高感能力,在噪點可以接受的範圍內盡可能高,比如 ISO3200 時,可以曝光 30 秒;ISO6400 時,曝光時間可能要減到20 秒。使用全畫幅相機和廣角大光圈鏡頭的朋友,可以使用ISO6400,f/1.8,單張10 秒的曝光參數連拍。這個參數雖然有些殺快門,但絕對能捕捉到讓你滿意的大量的流星。

小貼士

要提醒一點的就是觀測時頭燈最好包上紅布,以免刺激適應了黑暗的眼睛。

2013年英仙座流星雨時,筆者在張北壩上草原用 6D 相機 +24mm f/1.4鏡頭及這套參數捕捉到了68 顆群內流星。

設置好相機後,你就基本不用再管它了,在旁邊弄個躺椅或者防潮墊好好目視欣賞吧!欣賞時可以用手機錄音,記錄下你看到的流星出現的情景、亮度、方位、大家的反應等,給你的觀測留下更多難忘的回憶。不過,要小心手指凍僵!

►躺著觀測是很舒服的。看流星用不著望遠鏡,用肉眼即可,這點要牢記。

●2012年雙子座流星雨的四顆流星。

●2013年雙子座流星雨,小山村上的10顆群內流星。

●在國家天文台興隆觀測站拍到的2顆流星形成一個巨大的X。