火流星

亮度非常高的天文现象

火 流星 (英文名:bolide )一种看上去非常明亮,可能发着“沙沙”的响声,有时还有爆炸声的流星。 根据 国际流星组织 火流星资料中心(IMO FIDAC)的资料说明:所有经过 天顶 修正后亮度高于负三等( 星等 越小表示越亮)的流星都被定义为火流星。

火流星,是流星现象的一种,指直径超过1米的 流星体 进入大气层时,由于与大气之间摩擦,流星体开始烧蚀,最后引发空爆,导致其瓦解而产生的一种天文现象。通常火流星的亮度极高,犹如一条闪耀的的巨型 火龙 划过天际,或发出“沙沙”声响,或爆炸轰鸣,极少数亮度非常高的火流星即使在白天也能看到。

2020年12月23日7时24分,疑似一颗 小行星 毫无预警地从青海玉树地区上空撞入大气层,在 青海省 玉树藏族自治州 杂多县 、 囊谦县 上空产生了空爆,形成火流星。 火流星不仅能通过空爆、撞击对 人类活动 区域构成直接威胁,对在轨航天器的安全运行也构成现实性威胁。 由于火流星运动速度快、出现高度低,只有地球上局部约百公里区域范围内可见,因此布设火流星监测网络开展区域范围的火流星监测具有重要的现实意义。

定义

流星体

流星体是分布在星际空间的细小物体和尘粒。大部分肉眼可见的流星体重量都在1克以下,和沙粒差不多,直径在0.1-1cm之间。

流星

流星体飞入 地球大气层 时,跟大气摩擦发生了光和热,最后被燃尽成为一束光,这种现象叫流星。而流星的颜色是流星体的化学成分及反应温度的体现。

火流星

一种看上去非常明亮,可能发着“沙沙”的响声,有时还有爆炸声的流星。 根据 国际流星组织 火流星资料中心(IMO FIDAC)的资料说明:所有经过 天顶 修正后亮度高于负三等( 星等 越小表示越亮)的流星都被定义为火流星。 亮度超过绝对 视星等 17的流星被称为超火流星。

火流星是指小尺寸近地小天体进入大气层后与大气剧烈摩擦发生 烧蚀 、空爆、裂解,并伴随发热发光的现象,部分火流星未完全烧蚀可陨落到地表成为 石陨石 。火流星不仅能通过空爆、撞击对 人类活动 区域构成直接威胁,对在轨航天器的安全运行也构成现实性威胁,如 国际空间站 (International Space Station,ISS), 哈勃空间望远镜 (Hubble Space Telescope,HST),韦布太空望远镜(James Webb Space Telescope, 詹姆斯·韦伯空间望远镜 )都遭遇过 流星体 撞击。

形成原因

存在于 太阳系 中有许多微小的 流星体 ,它们大多由星际空间的尘埃、 彗星 碎片、冰块等组成,直径从几微米、几厘米至数米不等。在 太阳 强大 引力 作用下,它们围绕着太阳运动,其轨道大多是偏心率较大的椭圆。在它们绕日运行的过程中,速度可达42km/s,有时会接近 大行星 ,便会受其 摄动 ,从而脱离原来的运行轨道。 流星 体进入大气层的速度介于11km/s到72km/s之间,和大气摩擦产生的高热使它气化,且 电子 产生激发,形成光迹,化为流星。 当 流星体 质量较大(质量大于几百克),进入地球大气后来不及在高空燃尽而继续闯入稠密的 低层大气 ,并以极高的速度和地球大气剧烈摩擦,产生出耀眼的光亮。 当亮度比 金星 还高时,称之为 火流星 。

基本特征

现象

宇宙 空间除了大的星体外,还有很多很多的小物体和尘埃,即 天文学 上说的流星体和微流星体。 地球 在空间运动不会越出自己的轨道,但这些 流星 体却毫无规律,乱跑乱撞,地球每时每刻都会同大量的流星物体相遇,有的小流星体一进入大气层就摩擦发光,在80~120公里的高空划出一道白光,便是流星;有的流星物接连进入大气层,又接连变作白光,叫做流星雨;还有的流星光亮大,并带着声音,叫做火流星。不过,更多的是不见光亮的小 流星体 。 火流星消失后,在它穿过的路径上,会留下云雾状的长带,称为“ 流星余迹 ”;有些余迹消失得很快,有的则可存在几秒钟到几分钟,甚至长达几十分钟。当天空中的流星余迹被掩没时,又会出现烟柱似的尘埃余迹,可持续几个小时。人们根据这一尘埃余迹可以推测出高层大气内的风向和风速等。

火 流星 和流星雨都是流星的一种。形成流星雨的“流星体”,是 彗星 或者 小行星 受到 太阳风 影响后,挥发出的细小颗粒,直径为几毫米到几微米不等。它们沿着同一轨道绕着 太阳 运行,同 地球轨道 存在相交的空间。每年的特定时间,当 地球 经过这些颗粒区域附近时,它们会以几乎一致的速度和方向冲进地球的大气层,就会形成“流星雨”的现象。

外观

火流星的颜色有很多种,包括红色、蓝色、紫色等。这些颜色的产生和变化原因较为复杂,主要与 流星体 的物质成分、大气组成有关。比如,如果流星体物质中含有钠,那流星体就会出现黄色;如果含有镁,那流星体就会出现白蓝色;如果含有 ,那就会出现绿色;而常见的红色流星体,主要是由于大气成分中氮和氧产生的光线。

周期

声音是衡量火流星起源的一重要参数。有声火流星具有170.6 0.0,102.4 0.0,66.1 2.2,27.3 0.4,23.3 0.0,17.9 0.4,14.8 0.1,12.4 0.1,10.5 0.3年的可能周期。它们与 石陨石 坠落周期基本相同。有声火流星与陨石 同源 。

观测与监测

观测方法

1979年霍京奥克首次提出从 人造卫星 或其它 行星 轨道上观察明亮的火流星。从 宇宙 中能很好地看到火流星,而不受天气条件的影响,视野变得特别开阔。如果 卫星 高度等于0.1行星半径,则 地球大气层 可观察面积将达到2000万平方公里。

美国人首先部分实现了这一思想。从1994年6月起,装备有 光学传感器 和 红外传感器 的 美国 地球同步卫星 记录了地球大气层中 火流星 的明亮闪光,1年内在高度为30—40公里处记录到近30次这样的闪光。专家们认为,这些闪光是直径为1—3米的 石陨石 进入大气层中引起的。大多数这类 天体 在大气层中破裂成极小的碎片。美国的卫星探测器记录的仅仅是闪光强度和闪光时间。

火流星的监测

火流星事件随机出现,主要依靠目击者描述、 安防监控 、 行车记录仪 等被动途径获得信息,缺乏主动开展的系统性监测。一方面,监测缺乏使得针对火流星事件的 流星体 轨迹参数的解算、轨道和母体溯源、进入大气层前物理特性反演、陨落区的计算等问题变得困难;另一方面,由于目前发现的10m级近地小行星数量不及理论预测的0.1%样本数少且存在系统偏差,从而导致了近地小行星尺频分布在小尺寸端存在很大的不确定度,对于米级大小的数量估计偏差可达5倍。因此,构建区域级 火流星 监测网来开展常态化、多站点、全天区、联合组网观测,有助于精确刻画火流星事件的特性参数,并完善小尺寸近地 小行星 的尺频分布模型。

火流星监测技术发展

火流星监测经历了 胶片相机 、数码相机、 模拟摄像机 和CMOS相机等观测技术的发展。

20世纪60年代, 德国 和 捷克 共同建设了首个火流星监测网—— 欧洲 火流星网,通过胶片相机加装旋转 快门 拍摄长曝光照片的方式进行监测,照片冲洗后进行肉眼搜寻及位置、速度测量,主要开展火流星 计数 统计研究。

21世纪初,数码相机和 CCD相机 逐渐取代胶片相机,但仍采用旋转快门方式获取时间信息。 澳大利亚沙漠 火流星网沿用并改进了这种监测方式,通过de Bruijn序列驱动 液晶 快门将精准的时间编码加入长曝光图像中,从而获得高精度的时间、位置及光度等信息,实现轨迹和轨道计算。

截止到2023年,CMOS相机广泛应用于 流星 视频监测,其低噪点、高感光度、高 分辨率 等特点提升了监测灵敏度和分辨率,采用USB或网络方式传输数据可以简化安装过程。

相关报道

1994年2月1日在太平洋 马绍尔群岛 上空有一颗“亮度超 太阳 ”的巨大火流星掠过夜空,该火流星是质量为400吨的 天体 形成的,它在从34公里到21公里的高空破裂成碎片,其辐射能量超过16×10 12 焦耳 。

1997年12月9日,有一颗非常明亮的火流星在 格陵兰 岛上空飞驰而过,甚至离坠落地点100—300公里以外的人都能见到它,据说它把当地照得比白天还亮。

2017年10月4日中秋夜20点左右,当人们还在家中吃着 月饼 ,沉浸在团圆喜悦中的时候,一个橘红色的火球拖着条长长的尾巴在 云南省 迪庆藏族自治州 的上空划过,强烈的光亮使云南许多地方的人们都看见了这一奇观,后经科学家证实,这是一颗来自太空的火流星。

2017至2022年,中国云南 香格里拉市 、 西双版纳傣族自治州 、吉林松原、青海玉树、 驻马店市 及甘肃龙德接连发生超级火流星事件,并有陨石坠落。

2020年12月23日,青海玉树一颗直径约6.5m的 小行星 引发了火流星事件,空爆产生9.5kt TNT当量的能量,成为中国近年来最大的一次火流星事件。 北京时间2020年12月23日7点23分,位于青海西藏交界处的 玉树藏族自治州 囊谦小城一片宁静。此时距离天亮约40分钟,大部分人还躲在温暖的被窝中,但已有早起的人顶着严寒和星光,开始了一天的忙碌。突然,夜空中出现一个暗弱的移动光点。约10秒后,光点变成飞行火球,拖着 长尾𫛭 ,以接近水平的角度飞向地面。火球越来越大,越来越亮,甚至超过了 太阳 的亮度。约20秒后,火球开始爆炸。在随后的10秒内,火球相继出现了多次空爆,在地面感受到多次明亮的闪光,瞬间将夜空照亮如同白昼。约30秒后,火球分裂成了十余个肉眼可见的碎块,消失在天际。

2021年8月12日闪现在 葡萄牙 幽暗夜空中的颗 流星 ,从右向左掠过视野。 这道流星痕初始的泛绿辉光,是 英仙座流星雨 的火流星之典型特征。

2025年5月28日晚, 茂名市 等地夜空突然被照亮,并伴有轰鸣声,一个黄色发光的圆点划过夜空,天空逐渐由明变暗。 中国科学院国家天文台 苟利军 介绍,照亮茂名等地夜空的是一颗火流星,太空中的尘埃、小颗粒,还有一些 小行星 落入 地球大气层 里,跟大气相互摩擦之后就会燃烧起来,绝大部分火流星通常在天空中就燃烧完了。29日,记者从茂名市气象台获悉,未监测到当地气象异常,茂名市应急局连夜展开排查,暂未接到地面财产损失的报告。

2025年5月31日凌晨3时左右,北京通州、 顺义区 、 怀柔区 等多区居民反映,在睡梦中被一声巨响惊醒,也有少数居民目击了漆黑夜空被“点亮”的奇观。对此,网友产生了多种猜测,其实,这是一次典型的火流星现象。 中国科学院大学 流星 多站视频监测网的兴隆流星观测站,成功捕捉这次天文现象,记录下明亮的火流星照亮北京夜空的过程。中国科学院大学天文与空间科学学院博士后李镇业表示,这次北京的火流星事件,与5月28日 茂名市 观测到的火流星现象类似,都伴随着强烈的光亮和巨响。

2025年8月19日 ,日本九州、 四国 等地有民众目击火流星,一团火球划破夜空,将夜空照亮如白昼。

研究意义

中国科学院国家空间科学中心 复杂航天系统电子信息技术重点实验室 小行星 防御课题组博士研究生耿淑娟与研究员 周炳红 、 李明涛 ,提出了利用小行星进入大气层的火流星观测数据约束其 物理性质 和轨道的方法,同时,利用该方法对2022EB5近地小行星的物理性质进行约束,推断其或是一颗低密度、低强度、低 反照率 的碳质小行星。该研究为未来通过火流星观测数据获取小行星密度、强度、反照率等物理特性的分布特征提供了新途径。

流星 在高速穿越大气层时由于受到气体的摩擦和热化作用,会释放出不同的 化学元素 ,产生不同的光谱线,从而呈现出多彩的颜色。每颗流星的光谱数据都不同,通过光谱图像能够帮助分析流星的化学成分,以及是否来自同一个 天体 等信息,从而有助于进一步构建流星数据库,对研究 太阳系 起源等方面具有重要意义。

地球 周围存在大量的 太阳系小天体 ,对地球和人类生存环境构成现实威胁。直径较大的近地小天体可通过天文望远镜 中国空间站工程巡天望远镜 观测来进行识别和监测,但直径较小的近地小天体(如直径小于10米的目标,数量达到亿级)很难在大气层外被望远镜所发现,更无法了解它们的轨道特性、陨落地点、撞击危害等关键信息,仅能从监测它们进入 地球大气层 后引发的 火流星 事件来初窥端倪。但是,由于火流星运动速度快、出现高度低,只有地球上局部约百公里区域范围内可见,因此布设火流星监测网络开展区域范围的火流星监测具有重要的现实意义。

参考资料

  1. 从此不再错过每一颗流星 微信公众平台 2023-12-27
  2. 天文学名词 Glossary of Astronomical Terms 国家天文科学数据中心 2023-12-12
  3. 2023-12-10
  4. 北京惊现火流星!能捡到陨石吗? 微信公众平台 2023-12-27
  5. 又见火流星 微信公众平台 2023-12-27
  6. 多地现绿色不明飞行物!专家:是火流星,亮度超满月! 光明网 2023-12-12
  7. Definitions of terms in meteor astronomy (IAU) 国际流星组织 2023-12-28
  8. 流星雨的前世今生 太阳系漫游④ | 观天者说 微信公众平台 2023-11-02
  9. 2023-12-25
  10. 2023-12-27
  11. 2023-12-11
  12. 2023-12-12
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