火流星...fireballs

在天空中最令人驚艷的天文現象，大概火流星可以排上前五名；繁星點點的黑暗中 ，一道光芒劃破天際，在眾人的驚呼中，這道短暫的光芒再度歸於黑暗。對於火流 星的定義，其實每個人的敘述都不同，但根據國際流星組織火流星資料中心（IMO FIDAC）的資料，所有經過【天頂修正】（corrected for zenith position）後亮 度比負三等亮（星等越小表示越亮）的流星都被定義為火流星。

何謂天頂修正？讓我們這樣想吧，每顆流星距離地表的距離，發出的光線所要通過 大氣厚度都不同，所以一顆較大的流星可能因為距離觀察者較遠，所以觀察到的亮 度反而沒有另一顆小流星來得大，為了避免這種情形，我們用下面的公式把所有流 星都移到距觀察者50公里，仰角90度的地方。公式如下；

M=m+5log(sin h)
M為天頂修正後的值，m為觀察時估計的視星等，h為流星仰角

觀測火流星不只具有純學術的價值，實際上它也對預測及預防隕石對大氣層外的太 空航具所造成的傷害上，有直接的貢獻。而靜態的照片資料，仍無法取代傳統的記 錄，所以我們對於火流星的觀察記錄方式，也必須要有所了解。

我們觀察到火流星時，第一件事要記下正確的時間，精確度最好到秒。在歐洲和美 國，某些特製的手錶或鬧鐘可以接收特製的廣播信號，而隨時自動校正時間。但在 台灣，你可能需要事先把你的計時器校正一番，在記錄時，精確的時間是很重要的 。

第二，趁記憶鮮明時記下它的軌跡，你至少應該記下它軌跡的其中三點。其次，你 可能會觀察到一些其他的現象，如亮度，流星的尖嘯聲，以及色彩，以下將分別說 明。

亮度和色彩，一般來說，對於亮度越亮的流星，在估計視星等時，所發生的誤差會 越大，為了避免這種情形，有時你可以加入一些幫助比較的敘述。如【光度比滿月 還亮】，【光度估計在-11∼-14之間】等等。

特別要注意的是聲音，在觀測流星時聽到它的尖嘯聲是蠻罕見的情形。一般來說， 由於光速比音速快上許多，所以我們會在流星消失後的三四分鐘後才聽到伴隨著流 星而來的聲音。但在某些罕見的例子，聲音會和流星同時到達，這可不是幻覺！這 種現象的成因是因為流星在大氣上層飛行時產生的無線電波傳至地表時被轉換成人 耳可聞的聲波之故。雖然說一般在-8等以上的火流星才有可能產生聲音，但有時人 造器械和動物的聲音也會被誤認為是流星的聲音。

此外，火流星會在空中留下兩種痕跡，因為高溫而離子化的物質以次穩態（meta- -stable）存在而發光的稱為殘痕（persistent train），而殘留下的一般不發光 物質稱為煙痕（smoke train），煙痕可以在白天因陽光照耀而被看見。

有時候，在很稀少的機會裡，你還有可能看到掉落到地面的流星 -- 隕石。

流星在大氣中通過時，由於高速摩擦的影響，隕石的質量會被燃燒掉，同時減速， 在動能減少，速度降低之後，大多數即將掉至地面的隕石會有一段不發光的時期， 稱為無光飛行期（dark flight），這段時間中風力和隕石的形狀是影響隕石軌道 的重要因素。

落至地面的隕石表面通常會有數十公釐是焦黑而且因為高溫熔融的結果，相當平滑 的。但是這層外殼在短時間之後會脫落，通常碳化物組成的隕石，此種效應更加明 顯。

至於火流星的發生頻率，一般來說由好幾個因素控制。首先，在一些主要流星雨發 生的期間，火流星的數目也相對增加。另一個因素是由流星的初始速度所控制。

流星在大氣飛行時，速度越快的流星所發出的光芒是越強的。但是如果初始速度太 快的流星，很容易在大氣上層就全部燒光了，我們在地面是什麼也看不到。所以進 入大氣的初始速度越低的流星，越容易被觀測為火流星。

那麼，在什麼樣的情形下流星的初始速度會較低呢？以下請大家找一本國中地科課 本，翻到有地球公轉軌道標明春分秋分的那一頁，對照著圖看會比較容易了解。我 們現在繼續。對北半球來說，是在春分前後，因為此時大部分隕石進入大氣的速度 和地球的運動速度相抵消，稱作反向點（antapex），而北半球的秋分時，流星進 入大氣的速度要和地球的運動速度疊加，此時稱為向點（apex），此時的火流星大 概只有反向點時的1/3。但對於南半球而言，他們的春天正值向點掛在天空，是火 流星出現最頻繁的時候。

而在一天中，18點（當地時間local time）會是火流星出現最多的時間，因為此時 反向點（在這裡可說是輻射點）在天空中所能達到的最高位置，會有較多的流星被 觀測到。

緯度對於火流星的出現有沒有影響呢？答案是有的。如果我們搬到南北極去觀測， 由於各半年的永晝和永夜，向點/反向點會各出現在空中長達半年，對於以年為單 位的火流星頻率來講，會有顯著的影響。同時因為造成流星的塵埃大致沿著地球公 轉軌道（也就是黃道面）分布，所以在黃道橫於天頂的低緯度地區年平均的火流星 數目會比高緯度地區來得多。

火流星 -- 觀測火流星

明亮的火流星是最令人印象深刻的記憶，即使最有經驗的觀測者有時都會被火 流星所吸引而忘記了記錄，或被強烈的印象主導了客觀的觀察。當然，由於火 流星發生的頻率稀少，所以要在平時對記錄火流星做練習是不太可能的。但是 我們仍應牢記在觀測火流星時，哪些資料是我們所需要的，以及基本的記錄方 法。

首先，在觀察到火流星後，你應該立即查對你的手錶以獲得正確的時間，精確 度最好到秒。為了防止手錶的誤差，有些地區會把正確的時間信號用無線電訊 號撥送（如西歐的DCF-77報時利用77.5kHz的頻率撥送），這撥送的信號可被 一些鐘錶接收而隨時校正至正確時間。同時，全球定位系統（GPS）的衛星也會 對全球撥送類似的對時信號。

其次要做的事是趁記憶鮮明的時候記錄他的軌跡，如果你是用錄音帶記錄，或 者在看到火流星時並沒有作好完整的記錄準備，你也應該至少記住軌跡的其中 三點。 有時你會記錄到一些其他的特徵，例如流星殘渣，顏色，速度，痕跡，或者聲 音。或者是最令人記憶深刻的，亮度。一般來說，越亮的火流星在記錄光度時 ，精確度會越低。你在記錄時也可以使用一些幫助比較的敘述，例如【光度比 滿月還亮】或者是【光度在-11到-14之間】。如果可能的話，你也可以記錄下 光度的變化曲線。

我們要特別討論的是聲音，觀測到流星時聽到聲音的情形並不常見。而這種現 象十分重要。由於音速比光速慢上許多，聲音通常在目視到流星的幾分鐘之後 被聽到。流星的尖嘯或爆炸聲可以在距離飛行路徑60公里內的所有地點內被聽 到。然而,有時聲音也會和目視同時發生，這可不是幻覺！這種現象發生的原因 是由於流星在大氣上層飛行時產生的低頻無線電波在接近地面時被轉換為人耳 可聞的聲波之故。根據ReVelle的說法，流星的聲音通常發生在-8等以上的火流 星上，而有時車輛，飛機，人造設備，動物等也有可能被誤認為是流星的聲音。

雖然火流星攝影網路提供了許多有用的資料，但目視的資料仍是必需的。只有 極少數的相片有精確對時的時間，或是用雙相機拍攝的。而精確的時間對於進 一步的計算是重要的依據。此外，相片並不能對於顏色，殘痕（persistent train），殘渣或聲音做出正確的記錄。

流星進入大氣摩擦並且被離子化，通常這種激發態只會存在10^-8秒左右，但有 些原子會以次穩態（metastable）存在數秒鐘，便會在流星消失後殘存在空中 一小段時間，這稱為殘痕。

較大型的隕石進入大氣層之後會在經過的軌道遺留下許多的物質，這種物質便 會形成所謂的煙痕（smoke train）。這種煙痕並不會發光，要看見它有兩種可 能。一，在白天，流星後面的煙痕可以被觀測到。二，在晨昏時，天空光度減小 ，煙痕被陽光照亮，便有可能觀測到。

上述兩種痕跡都可在高度20公里以上發光的流星軌跡上發現，但由於這個高度 風力很強，痕跡的形狀便會做不同的變化，我們可以從國際流星組織攝影記錄 手冊（IMO Photographic Handbook）上查到更多的細節。

除了直接研究相片中所提供的資訊，目視的記錄還可以對複雜的火流星照片以 及發生頻率做出貢獻。如果觀測到在-3等以上的火流星或者天頂修正後-4等以 上的火流星，都應該儘速向國際流星組織火流星資料中心做出報告。

在1993年完成了和美國國防部進行的，使用美國政府衛星的雙用計畫（dual use project）後，由於衛星儲存的資料有限，美國國防部和火流星資料中心簽 約同意使用電子郵件報告火流星的資料。因此，所有在-10等以上的火流星，觀 測者都可以用電話或傳真，電子郵件向火流星資料中心做出報告。

電話如下：
• Tel:(+49)211-450719
• Fax:(+49)211-412900
• e-mail:starex@tron.gun.de

火流星 -- 發生週期與頻率

火流星發生的頻率變化由好幾個因素控制。首先，在一些主要流星雨發生的期間 ，火流星的發生頻率也會相對的增加。第二，在北半球的春分前後，火流星的發 生頻率比秋分點前後要多上三倍之多。

流星在大氣中飛行時，他的動能速度變化和他相對於地表的速度有十分密切的關 連。一般來說，相同大小下速度較快的流星會比速度慢的流星來得有看頭。而尺 寸越大會造成越壯觀的火流星，甚至墜到地表成為隕石。

但是我們也要考慮發生在慢速隕石身上的現象。隕石的速度越慢，表示他經由空 氣摩擦消耗掉的質量就越少，相對來說，他就能夠穿越更厚的大氣層。這也表示 ，他比速度快的隕石更能夠到達密度高的（接近地表的）大氣領域，而造成更絢 爛的火花。一顆同樣大小但是速度快的隕石會在高層大氣被燃燒殆盡，而不容易 被我們所看到。

所以，當一顆隕石進入大氣時，速度等於和地表的相對速度（antapex），其初始 速度最低。相反的，當一顆隕石和地球對頭碰撞時（稱向點apex），他的初始速 度最高。當春分點前後，反向點（antapex）在北半球的天頂，也就是說，流星的 輻射點是在天空的最高點，所以我們可以在春分點時預測到會有比較多的火流星 ，同樣的道理，在南半球則是向點，也就是南半球的春天時會看到比較多的火流 星。但實際上的情形可能稍有出入，因為造成流星的塵埃並不是均勻分布在地球 的公轉軌道上的。

有些學者認為我們可以用過去的的記錄來預測火流星的好發期，但實際上，這些 過去的記錄在預測火流星上，並沒有太大的作用。過去幾世紀以來，的確有一些 火流星雨被記錄到，但實際上，這些所謂的火流星雨，很有可能只是亮度在+1∼ -2的較明亮流星而已。

每一天，火流星的發生週期都可能有所變化。在18點時（當地時間，local time ，LT），反向點會升到每日的最高位置。所以我們可以預測。在每天的18點時， 火流星的發生頻率會最高，而在6點時，發生頻率最低。經由一些學者的研究， 在中緯度地區，18點和6點的火流星比例大概是2:1∼4:1之間。

而以年為單位的火流星頻率變化則是和地球軌道上的塵埃分布有關。但我們調查 地球表面每一個方向的流星頻率，發現並沒有一個季節性的分布。之所以會這樣 的原因，大概是因為地球的自轉，向點/反向點在天空均勻的掃過，所以造成全 年的平均火流星頻率達成一個均勻的分布，這和季節無關。唯一和季節有關的是 輻射點的仰角。