為什麼每年特定時期都有流星雨?太空中就那麼多灰塵嗎?

2020-11-29 李論科學

每年7月17日到8月24日這段時間,英仙座流星雨都會降臨地球。英仙座流星雨不僅數量多,而且幾乎從未缺席夏天的星空。非常適合業餘流星觀測者!如果你一年只看一場流星雨,那麼英仙座絕對是首選。流星雨其實流星體的碎片、宇宙塵埃微粒撞擊地球大氣層形成的,一般這些撞擊物比沙礫還要小。下面我們就來說下,為啥每年會定期有流星雨?地球軌道特定位置的宇宙塵埃碎片哪裡來的?

以英仙座流星雨為例

其實地球每年的流星雨很多,例如我們熟悉的獅子座流星雨,雙子座流星雨以及獵戶座流星雨!我們今天主要以英仙座流星雨為例,其他都是一個道理!在英仙座流星雨爆發的尖峰時間我們會看到大約每小時90-100顆流星!

而且每年的位置都一樣,在仙后座的方向,很容易在地球上的大多數地方看到!

下圖是一張長時間曝光的照片,用魚眼鏡頭拍攝了幾個小時的流星雨。

太陽系的形成、柯伊伯帶中的小行星以及彗星的來源

稍微扯得遠一點,讓我們回到大爆炸的早期階段。當宇宙誕生一秒鐘的時候,溫度非常非常高(數十億度),宇宙充滿了自由質子、中子和電子,每個質子對應超過了10億個光子。但是宇宙一直在膨脹和冷卻,到宇宙形成3到4分鐘的時候,質子和中子可以穩定的融合成更重的元素,而不會被輻射粒子(光子)炸開。

形成的氫和氦核,就一直沐浴在自由電子和超熱光子的海洋中。直到38萬年以後,溫度持續降低,原子核和電子才能結合在一起,形成中性原子。

宇宙中大多數中性原子開始嘗試在引力的作用下坍縮,引力的作用在大小尺度上同時進行著。在密度最大的區域,幾千萬年後,氫氣和氦氣的密度足夠大首次發生了核聚變。第一批恆星誕生了。數十億年後,宇宙中的這一小部分就變成了我們的局部星系群,包括我們的銀河系、仙女座星系,以及(最初)數百個衛星星系和數千個球狀星團。

很快,第一批恆星中的許多就耗盡了燃料,並在巨大的爆炸中死亡,這就是所謂的超新星爆發。有些甚至大到足以引起伽馬射線暴,這是已知宇宙中最強大的事件。

恆星核心中產生的重元素被重新拋回到宇宙空間中。宇宙空間首次被碳、氮、氧這些生命的基本元素豐富。

超新星爆發後,從原始的、未燃燒的氣體和重元素的混合物中,第二代恆星誕生了。大多數都比第一代質量輕很多;事實上,宇宙中超過90%的恆星比我們的太陽還要輕。但較重的恆星和第一代祖先經歷了相同的生命周期,燃燒完核心的燃料,在壯觀的超新星爆發中死去。

第二代恆星死亡後的殘骸,加上我們星系中的原始氫氣和氦氣,在萬有引力的作用下再次塌縮。在坍縮區域的中心形成了我們的太陽系,和太陽一起形成了圍繞它運行的行星和小行星。

但是在海王星之外的邊緣,太陽系存在著柯伊伯帶。在這裡,原子集合被微小的電場力拉在一起,形成簡單的分子,如:水、甲烷和氨。這些分子被自身的引力拉到一起,形成了一個大小不一的冰巖帶,從沙粒到小行星,幾乎和我們的月球一樣大。

每隔一段時間,兩個天體間偶然的引力作用,就會使其中的一塊冰巖脫離軌道衝向太陽系內部,被太陽的引力「俘獲」。這些冰冷的小行星以接近每小時10萬公裡的速度向太陽飛奔,當它們靠近太陽時,由於熱量的積聚冰開始融化。結果就產生了一條壯觀的尾巴,我們稱其為彗星!

流星雨是咋來的?為什麼每年特定的時期都會出現流星雨

彗星將繼續繞軌道運行,直到它完全融化,但彗星的尾巴呢?在漫長的時間中,彗星失去了大部分的冰,穿過行星軌道空間留下一條橢圓的軌跡,這就是所謂的彗星軌跡。

下圖中的軌跡就是彗星留下的足跡。

每年一次,如果彗星的軌跡與地球的軌道相交,地球的大氣層就會與彗星軌跡上留下的塵埃相撞。這些彗星碎片本來的速度並不快,但是相對於地球的速度通常超過8.5公裡/秒。大氣與塵埃的碰撞產生的熱量會使冰融化並沸騰,產生非常高的能量,不僅會釋放出熱量,還會發出可見光。這就是我們看到的流星雨。

當地球經過彗星布滿灰塵的軌跡時,就是流星雨出現的時候。

正是斯威夫特-塔特爾彗星留下的塵埃軌跡,最終導致了英仙座流星雨。這就是流星雨的來源!

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