太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)如何影響流星雨 _太陽(yáng)

美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德天體生物學(xué)中心的科學(xué)家觀察了彗星C/2014 Q2（也稱為洛夫喬伊），并同時(shí)測(cè)量了H2O和HDO（一種水的變體）的輸出。這張洛夫喬伊的照片拍攝于2015年2月4日，就在該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行觀測(cè)的同一天，也就是彗星通過(guò)近日點(diǎn)或離太陽(yáng)最近的點(diǎn)幾天后。圖片來(lái)源：美國(guó)國(guó)家航空航天局達(dá)米安·皮奇提供。
據(jù)《大眾科學(xué)》（湯姆·霍金）：這是下個(gè)月宇宙日歷的一個(gè)小劇透：五月初將看到寶瓶座η流星雨的回歸。陣雨將持續(xù)兩周左右，5月5日晚達(dá)到高峰。
公平地說(shuō)，這并沒(méi)有真正讓資深天文愛(ài)好者感到困擾，因?yàn)镋ta Aquarids幾乎總是在5月初達(dá)到峰值。就流星雨而言，這次流星雨是最可靠、最可預(yù)測(cè)的。然而，其他人則不那么可預(yù)測(cè) 。4月13日發(fā)表在《伊卡洛斯》雜志上的一篇論文揭示了這一現(xiàn)象的原因。
流星和彗星
雖然流星雨通常以它們似乎起源的星座命名，但它們的實(shí)際起源與遙遠(yuǎn)的恒星無(wú)關(guān) 。它們實(shí)際上來(lái)自相對(duì)較小的天體留下的塵埃痕跡——主要是彗星，但偶爾也有小行星。以埃塔-阿奎里德彗星為例，這顆彗星就是哈雷彗星， 1986年，當(dāng)它靠近地球時(shí)，一定年齡的讀者可能很幸運(yùn)地看到了它。
乍一看，這似乎令人驚訝。大多數(shù)彗星沿著高度橢圓的軌道運(yùn)行，可能需要很多年才能完成，而流星雨每年大約在同一時(shí)間發(fā)生。那么，這兩者是如何聯(lián)系在一起的呢？
答案在于產(chǎn)生彗星標(biāo)志性透明尾巴的過(guò)程。當(dāng)彗星離太陽(yáng)足夠近時(shí)，它開(kāi)始脫落物質(zhì) 。其表面的冷凍化合物開(kāi)始融化，太陽(yáng)風(fēng)將微小的塵埃和巖石吹走。結(jié)果是沿著彗星軌道的軌跡留下了一條灰塵和碎片的痕跡，就像太空中留下的一條粉筆線。
如果彗星與流星雨有關(guān)，地球會(huì)離這條軌跡足夠近，因?yàn)樗囊?huì)捕獲一些丟失的物質(zhì) 。每年，無(wú)數(shù)小塊的冰和巖石被拖出軌道，拉向地球，在墜入大氣層時(shí)燃燒起來(lái) 。我們每年都會(huì)在天空的同一部分看到由此產(chǎn)生的陣雨，因?yàn)檫@是每年發(fā)生相互作用的地方。
預(yù)報(bào)流星雨的麻煩
理論上，流星雨應(yīng)該是完全可預(yù)測(cè)的。地球的軌道并沒(méi)有真正每年都在變化，彗星的蹤跡已經(jīng)在那里等著我們。兩者之間的相互作用應(yīng)該每年同時(shí)發(fā)生，對(duì)吧？
如果參與這一過(guò)程的天體只有地球、太陽(yáng)和彗星，那么這將是真的。這顆彗星將遵循一條完全可預(yù)測(cè)的路徑，脫落的物質(zhì)將留在原地，直到地球每年到達(dá)并領(lǐng)取其隕石費(fèi) 。事實(shí)上，事情要復(fù)雜得多。太陽(yáng)系不僅僅是地球和太陽(yáng)——它是地球、太陽(yáng)、月球、其他行星及其衛(wèi)星，以及任何數(shù)量的其他物體。反過(guò)來(lái)，所有這些天體都會(huì)對(duì)彼此產(chǎn)生引力影響。
在這整個(gè)混亂之中，還有彗星本身，它沿著橢圓軌道擺動(dòng) ，在虛空中留下了荒涼的塵埃和冰跡。為了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)流星雨，我們需要計(jì)算碎片的位置，這意味著計(jì)算彗星的軌跡。為了以完美的精度做到這一點(diǎn)，我們需要進(jìn)行一個(gè)考慮了大量天體引力效應(yīng)的計(jì)算。
實(shí)際的三體問(wèn)題
不幸的是，涉及兩個(gè)以上天體的引力計(jì)算是一個(gè)問(wèn)題。這意味著我們必須簡(jiǎn)化這些計(jì)算，將它們建模為比實(shí)際復(fù)雜得多的系統(tǒng) 。
引力計(jì)算如此困難的部分原因是，沒(méi)有引力相互作用是單向的——任何大質(zhì)量物體都會(huì)對(duì)其他大質(zhì)量物體產(chǎn)生自己的引力影響。例如，想想地球和月球。我們傾向于假設(shè)后者圍繞前者運(yùn)行，但事實(shí)并非如此。地球拉向月球，但月球也拉向地球，結(jié)果是兩個(gè)物體都繞著它們之間的某個(gè)點(diǎn)運(yùn)行。這個(gè)點(diǎn)被稱為重心。
太陽(yáng)系也有一個(gè)重心，包括太陽(yáng)在內(nèi)的一切都圍繞著這個(gè)點(diǎn)運(yùn)行。在大多數(shù)情況下，我們假設(shè)太陽(yáng)系的重心是太陽(yáng)，原因很簡(jiǎn)單，太陽(yáng)的質(zhì)量比太陽(yáng)系中的任何東西都大很多個(gè)數(shù)量級(jí) 。這意味著，如果我們計(jì)算一個(gè)物體的太陽(yáng)軌道，那么考慮物體對(duì)太陽(yáng)的相互引力影響就沒(méi)有意義了，就像考慮從建筑物上掉下來(lái)的硬幣對(duì)地球的引力影響一樣。
太陽(yáng)的微妙運(yùn)動(dòng)
然而，這項(xiàng)新的研究表明，在彗星的情況下做出這一假設(shè)會(huì)帶來(lái)兩個(gè)微妙的問(wèn)題。首先，物體離太陽(yáng)越遠(yuǎn) ，它的軌道就越傾向于圍繞太陽(yáng)系的重心旋轉(zhuǎn) 。如果一個(gè)物體離太陽(yáng)足夠近，它確實(shí)會(huì)單獨(dú)繞太陽(yáng)運(yùn)行。然而，更遠(yuǎn)的物體會(huì)圍繞重心旋轉(zhuǎn) 。
大多數(shù)物體通常與太陽(yáng)保持相同的距離。相比之下，彗星沿著高度偏心的軌道運(yùn)行，將它們帶到太陽(yáng)系最遠(yuǎn)的地方。例如，哈雷彗星在離太陽(yáng)最近的時(shí)候距離太陽(yáng)只有5470萬(wàn)英里。它的遠(yuǎn)日點(diǎn)——距離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的點(diǎn)——距離33億英里，在冥王星附近的某個(gè)地方。這些偏心軌道將彗星帶過(guò)轉(zhuǎn)變點(diǎn)，伊卡洛斯的論文表明，這種轉(zhuǎn)變會(huì)對(duì)彗星的軌道產(chǎn)生某種震動(dòng) 。
第二個(gè)問(wèn)題是，假設(shè)太陽(yáng)是太陽(yáng)系的重心也意味著假設(shè)太陽(yáng)本身是靜止的。這意味著在這些計(jì)算中不能考慮太陽(yáng)自身的運(yùn)動(dòng) 。對(duì)于規(guī)則軌道上的物體來(lái)說(shuō) ，這并不重要，因?yàn)檫@些軌道只是隨著太陽(yáng)移動(dòng) 。同樣，彗星的情況也不同：太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)在彗星掠過(guò)時(shí)為它們提供了引力，這再次導(dǎo)致了它們軌跡的可測(cè)量變化。
新的研究表明，將這兩個(gè)因素納入彗星軌道模型可以提供更準(zhǔn)確的結(jié)果，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)流星雨何時(shí)發(fā)生。這些仍然是簡(jiǎn)化的模型，但它們提供了我們下一次在天空中看到一連串流星的時(shí)間，以及控制我們?cè)谟钪嬷羞\(yùn)動(dòng)的復(fù)雜引力舞蹈的見(jiàn)解。