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宇宙塵埃經過地球大氣層，為何會化身為耀眼的流星雨？從流星雨顏色、存在空中的時間，可以看出它們的哪些特性呢？
(照片提供/台北市立天文教育館)
在「追星族」眼中，最美麗的夜景莫過於流星雨。幾千年前，人們對於它的出處有諸多揣測，有一種說法認為它是地表某些物質受太陽照射後，上升至大氣層並燃燒的結果，也有人認為那是太陽餘暉在夜空中折射所造成的現象。直到19世紀人們才知道，原來流星雨是地球路過彗星軌道時所獲得的驚喜。
彗星塵粒化身美麗流星
太陽系裡，除了行星及其衛星外，還散佈著許多灰塵顆粒與碎冰塊，這些塵粒可能是從太陽系生成時就已存在，可能是彗星表面物質受太陽光照射而崩解，也可能是小行星被撞擊後產生的碎片。由於塵粒質量小，經過地球附近時，很容易受重力吸引而墜入地球，它們進入大氣層時因高速摩擦大氣而燃燒發光，就是流星，而這些塵粒便稱為「流星體」（meteoroid）。
大部份流星出現的時間並不固定，出現的位置也是隨機，但是每年總會固定在某些月份、某些方位出現大群流星，每小時可能有數十至上百顆流星，最密集時甚至高達上萬顆（此為1833年的記錄，近年來並未發生過），就是流星雨。較著名的流星雨包括1月象限儀座流星雨、8月英仙座流星雨、12月雙子座流星雨，以及被稱為「流星雨之王」的11月獅子座流星雨。
流星雨是否都來自彗星軌道上的流星體仍有爭論。台北市立天文科學教育館資訊研究組組長陳岸立舉例說，有一些科學家認為12月雙子座流星雨可能是直徑約5公里、軌道週期1.4年的小行星菲以頌（Phaethon）受到行星潮汐力拉扯、太陽輻射光壓或其他小行星撞擊，產生許多灰塵顆粒所造成的。然而，另有一些天文學家認為，小行星是由岩石組成的，並不像彗星能噴發出大量物質，他們根據軌道遺留的塵粒推論，菲以頌原先應該也是彗星，只是外層冰雪已經蒸發殆盡。
意外交會，劃過天際
流星雨壯觀與否，與彗星週期及彗星遺留在軌道上的流星體數量多寡有關。陳岸立表示，散佈在彗星軌道的流星體會受到太陽風、行星引力、流星體的碰撞而隨著時間擴散，所以地球每年運行到彗星軌道附近時，遭遇的流星體數量都不一樣。一般而言，當母彗星接近地球時，會再次帶來較多的流星體，產生的流星會比較多，例如獅子座流星雨的母彗星週期約33年，每33年便可看到一次壯觀的獅子座流星雨。
流星雨來臨期間，每天的流星數都不一樣，這是因為流星體的數量會隨著地球接近彗星軌道而增加、遠離而減少，理論上流星雨的極大值出現在地球最接近彗星軌道之時。此外，同一夜晚、不同時段的流星數量也有差異，下半夜看到的流星總是比上半夜多且精彩，原因是上半夜流星體是與地球同運行方向墜入地球，相對速度較慢，燃燒亮光較弱；但到了下半夜，流星體是迎面撞上地球，不僅數量多，相對速度也較快。這與在雨中開車，前面的擋風玻璃迎著雨勢，會有較多雨滴打到玻璃的道理是一樣的。
陳岸立指出，欣賞流星雨時，觀測者可能會覺得流星雨是向四面八方散射開來，但如果觀測者將這些流星的路徑反向延伸，會發現它們都是從天空中某一個特定位置進入地球，此特定位置稱為「輻射點」。每一個流星雨的輻射點對應的星座位置是固定的，因此天文學上便依據輻射點所在的星座來命名。
絢麗多彩的秘密
流星劃過天空時，留下的光芒並非全都是相同亮度及顏色。前中央大學天文所教授、目前任職於美國GIM電腦公司的蔡文祥是國內第一個專攻天文觀測也是首度引進CCD天文觀測的學者，他表示，流星體以每秒11~72公里的高速進入大氣層，本身帶有很大的動能，並與空氣摩擦生熱，而在離地表80~120公里處開始燃燒發光。一般而言，質量大的流星體，燃燒的時間較長；而質量大、速度也快的流星體，產生的能量更高，流星也更亮，例如能產生耀眼光亮的火流星，就是質量超過數百克的流星體快速進入地球，與大氣摩擦的結果。
流星會放出各種不同顏色（波長）的光，是因為流星體的組成元素各不相同，高溫時空氣分子與流星體會變成帶正電的離子和電子，當電子和正離子重新結合時，便會以光的形式放出能量；不同元素會發出不一樣的光，流星體中常見的鈣、鎂、鈉、鐵等元素，通常分別會發出紫色、藍綠色、橘黃色、黃色的光，也因此為夜空帶來許多變化。
在知道流星雨的成因，以及亮度、顏色與流星體的關係後，下次熬夜等待流星雨時，不妨試著分析每顆流星的特性，就能對該次的流星雨有深入的了解。
躺椅上等候流星雨
台北市立天文科學教育館資訊研究組組長陳岸立指出，通常流星天頂小時率（zenithal hourly rate, ZHR）達50顆以上者，天文館就會建議民眾欣賞流星雨。ZHR是指沒有光害且輻射點在天頂時，觀測者每小時可以看到的流星數量，大型的流星雨ZHR通常可以超過100顆。
觀測流星雨的原則是找個空曠、沒有光害的地方，用肉眼觀察即可，因為使用望遠鏡反而會讓觀測視角變小。此外，光害也會影響觀測，所以若自行開車或騎車至觀測點時，應該及早到達，並把車燈關掉，而攜帶的手電筒等照明工具，也最好以紅色玻璃紙包住光源，用微弱的紅光照明。
欣賞流星雨必須長時間抬頭仰望天空，觀測者若能準備躺椅可避免頸部痠痛，也不會漏掉從各個方向來的流星。若想統計流星數量，可準備計數器或錄音工具，而更詳盡的觀測記錄則包括觀測環境、地點、觀測時間以及天候狀況等。
陳岸立表示，要拍下每個視角的流星雨，可以同時準備多台相機，讓鏡頭對準不同方位。不過，由於傳統相機曝光必須長達數分鐘以上，受地球自轉影響，背景恆星會在畫面上形成軌跡，這時可將攝影器材架設於赤道儀上，讓鏡頭隨著地球自轉的方向轉動，使天體看起來固定不動，拍出來的星空就能與眼睛所見一樣。在所有工具準備齊全後，最後就是耐心等候流星雨的到來。
延伸閱讀
〈光讓世界變彩色〉，《科學人》2008年5月號
《天文館期刊‧33期》〈流星雨〉，蔡文祥撰文
高一課本《基礎地球科學》
高三課本《地球科學》下冊
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