Введение
Небесное явление, вызванное потоками метеороидов, входящих в атмосферу Земли.
Падение метеоров.
Метеорный поток – это небесное явление, при котором множество метеоров наблюдается как исходящих, или появляющихся, из одной точки на ночном небе. Эти метеоры вызываются потоками космического мусора, называемых метеороидами, входящими в атмосферу Земли на очень высокой скорости по параллельным траекториям. Большинство метеоров меньше песчинки, поэтому почти все они сгорают, не достигая поверхности Земли. Особенно интенсивные или необычные метеорные потоки известны как метеорные вспышки и метеорные бури, производящие по крайней мере 1000 метеоров в час, наиболее известны Леониды. Центр данных о метеорах перечисляет более 900 предполагаемых метеорных потоков, из которых около 100 хорошо установлены. Несколько организаций публикуют информацию о благоприятных условиях наблюдения в интернете. NASA ежедневно публикует карту активных метеорных потоков.
Исторические события
Метеоритный дождь в августе 1583 года был зафиксирован в рукописях Тимбукту. В современную эпоху первой крупной метеорной бурей стали Леониды в ноябре 1833 года. По одной оценке, пиковая интенсивность достигала более ста тысяч метеоров в час, но другая, выполненная по мере затухания бури, оценивала количество метеоров более чем в двести тысяч за 9 часов, на всей территории Северной Америки к востоку от Скалистых гор. Американский ученый Денисон Олмстед (1791–1859) дал наиболее точное объяснение этому явлению. После нескольких недель сбора информации в конце 1833 года, он представил свои результаты в январе 1834 года в «Американском журнале науки и искусства», опубликованном в январе-апреле 1834 года и январе 1836 года. Он отметил, что дождь был кратковременным и не наблюдался в Европе, а метеоры исходили из точки в созвездии Льва. Он предположил, что метеоры образовались из облака частиц в космосе. Исследования продолжались, однако понимание годовой периодичности дождей и причин возникновения бурь оставалось сложной задачей для ученых. Природа метеоров активно обсуждалась в течение XIX века. Многие ученые (Александр фон Гумбольдт, Адольф Кетеле, Юлиус Шмидт) считали метеоры атмосферным явлением, пока итальянский астроном Джованни Шиапарелли не установил связь между метеорами и кометами в своей работе «Заметки об астрономической теории падающих звезд» (1867). В 1890-х годах ирландский астроном Джордж Джонстон Стоуни (1826–1911) и британский астроном Артур Мэтью Уэлд Даунинг (1850–1917) первыми попытались вычислить положение пыли на орбите Земли. Они изучали пыль, выброшенную кометой 55P/Tempel-Tuttle в 1866 году, перед ожидаемым возвращением Леонид в 1898 и 1899 годах. Ожидались метеорные бури, но окончательные расчеты показали, что большая часть пыли находится далеко внутри орбиты Земли. Независимо от них, те же результаты получил Адольф Берберих из Königliches Astronomisches Rechen Institut (Королевского астрономического вычислительного института) в Берлине. Отсутствие метеорных бурь в тот сезон подтвердило расчеты, однако для получения надежных прогнозов требовались более мощные вычислительные средства. В 1981 году Дональд К. Йеоманс из Лаборатории реактивного движения проанализировал историю метеорных дождей Леонид и историю динамической орбиты кометы Tempel-Tuttle. График из его работы был адаптирован и переиздан в журнале Sky and Telescope. На нем показаны относительные положения Земли и кометы Tempel-Tuttle, а также области, где Земля пересекала плотные скопления пыли. Это показало, что метеороиды в основном находятся позади и вне траектории кометы, но пути Земли через облако частиц, приводящие к мощным бурям, были очень близки к путям с минимальной активностью. В 1985 году Э. Д. Кондратьева и Э. А. Резников из Казанского государственного университета впервые правильно определили годы выброса пыли, ответственной за несколько прошлых метеорных бурь Леонид. В 1995 году Питер Дженнискенс предсказал вспышку Альфа-Моноцеротид, связанную с пылевыми следами. В преддверии метеорной бури Леонид 1999 года Роберт Макнотт, Дэвид Ашер и финский астроном Эско Литинен первыми применили этот метод на Западе. В 2006 году Дженнискенс опубликовал прогнозы будущих столкновений с пылевыми следами на следующие 50 лет.
Точка излучения
Поскольку частицы метеоритного потока движутся параллельными траекториями и с одинаковой скоростью, наблюдателю на Земле они будут казаться расходящимися из одной точки в небе. Эта точка, называемая радиантом, возникает из-за эффекта перспективы, подобно тому, как параллельные железнодорожные пути сходятся в одной точке на горизонте. Метеоритные потоки обычно получают название по созвездию, из которого, как кажется, вылетают метеоры. Этот "неподвижный" радиант медленно перемещается по небу в течение ночи из-за вращения Земли вокруг своей оси – по той же причине, по которой звезды кажутся медленно движущимися по небу. Радиант также немного смещается от ночи к ночи относительно звездного фона (радиантный дрейф) из-за движения Земли по орбите вокруг Солнца. Обратитесь к календарю метеорных потоков 2017 года, опубликованному IMO (Международной метеорной организацией), для получения карт смещающихся "неподвижных" точек. Когда движущийся радиант достигает наивысшей точки, он оказывается в наилучшем положении для наблюдения в эту ночь. В это время Солнце только начинает подниматься над восточным горизонтом. Поэтому лучшее время для наблюдения за метеорным потоком обычно немного перед рассветом – это компромисс между максимальным количеством доступных для наблюдения метеоров и светлеющим небом, которое затрудняет их видимость.
Именование
Метеорные потоки получают название по ближайшему созвездию или яркой звезде с греческой или римской буквой, расположенной вблизи радианта в момент пика потока, при этом грамматическое склонение латинской притяжательной формы заменяется на "id" или "ids". Таким образом, метеоры, исходящие из области звезды Дельта Водолея (декланация "i"), называются Дельта-Акваридами. Рабочая группа Международного астрономического союза по номенклатуре метеорных потоков и Центр данных о метеорах МАС ведут учет номенклатуры метеорных потоков и определяют, какие из них общепризнаны.
Происхождение метеоритных потоков
Метеорный поток возникает в результате взаимодействия между планетой, такой как Земля, и потоками обломков кометы. Кометы могут производить обломки за счет сопротивления водяного пара, как продемонстрировал Фред Уиппл в 1951 году, и в результате разрушения. Уиппл представлял кометы как «грязные снежные комки», состоящие из горных пород, заключенных в лед, вращающихся вокруг Солнца. «Лед» может быть водой, метаном, аммиаком или другими летучими веществами, по отдельности или в комбинации. «Горные породы» могут варьироваться в размере от пылинки до небольшого валуна. Твердые частицы размером с пылинки встречаются на порядки чаще, чем частицы размером с песчинки, которые, в свою очередь, также встречаются чаще, чем частицы размером с гальку, и так далее. Когда лед нагревается и сублимирует, пар может увлекать за собой пыль, песок и гальку. Каждый раз, когда комета проходит мимо Солнца по своей орбите, часть ее льда испаряется, и определенное количество метеороидов отбрасывается. Метеороиды распространяются вдоль всей траектории кометы, образуя метеороидный поток, также известный как «пылевой след» (в отличие от «газового хвоста» кометы, вызванного крошечными частицами, которые быстро разгоняются давлением солнечного излучения). Недавно Питер Дженнискенс предположил, что большинство наших короткопериодных метеорных потоков не образуются из-за обычного сопротивления водяного пара активных комет, а являются результатом редких распадов, когда крупные фрагменты отрываются от в основном бездействующей кометы. Примерами являются Квадрантиды и Геминиды, которые образовались в результате разрушения объектов, похожих на астероиды, 196256 и 3200 Фаэтон, соответственно, примерно 500 и 1000 лет назад. Фрагменты, как правило, быстро распадаются на пыль, песок и гальку и распространяются вдоль орбиты кометы, образуя плотный метеороидный поток, который впоследствии пересекает путь Земли.
Динамическая эволюция метеоритных потоков
Вскоре после того, как Уиппл предсказал, что пылинки движутся с низкой скоростью относительно кометы, Милос Плавек первым предложил идею пылевого шлейфа, рассчитав, как метеороиды, освободившись от кометы, будут в основном дрейфовать впереди или позади неё после завершения одного оборота. Этот эффект объясняется простой небесной механикой: материал лишь незначительно отклоняется в сторону от кометы, дрейфуя впереди или позади, поскольку некоторые частицы имеют более широкие орбиты, чем другие. Также это подтверждается более ранними, малоизвестными наблюдениями прошлых метеорных потоков Земли. Со временем пылевые шлейфы могут эволюционировать сложным образом. Например, орбиты некоторых периодических комет и метеороидов, покидающих их, находятся в резонансе с Юпитером или другими крупными планетами – то есть, множество оборотов одной планеты соответствует определенному числу оборотов другой. Это создает компонент метеорного потока, называемый нитью. Другой эффект связан с близким прохождением планеты. Когда метеороиды проходят мимо Земли, одни ускоряются (переходя на более широкие орбиты вокруг Солнца), другие замедляются (переходя на более короткие орбиты), что приводит к образованию разрывов в пылевом шлейфе при следующем возвращении (как будто открывается занавес, с накоплением частиц в начале и конце разрыва). Кроме того, гравитационные возмущения Юпитера могут существенно изменить участки пылевого шлейфа, особенно для комет с коротким периодом, когда пылинки приближаются к гигантской планете в самой дальней точке своей орбиты вокруг Солнца, двигаясь с минимальной скоростью. В результате шлейф приобретает комковатую структуру, состоящую из переплетенных или запутанных серпов, соответствующих каждому выбросу материала. Третий эффект – это давление солнечного излучения, которое отклоняет менее массивные частицы на орбиты, удаленные от Солнца, в то время как более массивные объекты (ответственные за болиды) в меньшей степени подвержены этому воздействию. Это делает некоторые встречи с пылевыми шлейфами богатыми яркими метеорами, а другие – слабыми. Со временем эти эффекты рассеивают метеороиды, формируя более широкий поток. Метеоры, которые мы наблюдаем из этих потоков, являются частью ежегодных метеорных дождей, поскольку Земля ежегодно пересекает эти потоки примерно с той же частотой. Когда метеороиды сталкиваются с другими метеороидами в зодиакальном облаке, они теряют связь с потоком и становятся частью фонового потока "спорадических метеоров". Давно рассеявшись из какого-либо потока или шлейфа, они образуют отдельные метеоры, не принадлежащие ни к одному метеорному дождю. Эти случайные метеоры не будут казаться исходящими из радианта основного метеорного потока.
Персеиды и Леониды
В большинстве лет наиболее заметным метеорным потоком являются Персеиды, достигающие пика 12 августа каждого года – более одного метеора в минуту. NASA разработала инструмент для расчета количества метеоров в час, видимых из конкретного места наблюдения. Метеорный поток Леониды достигает пика примерно 17 ноября каждого года. Леониды способны вызывать метеорный шторм, с пиковой интенсивностью в тысячи метеоров в час. Именно леонидские штормы дали начало термину «метеорный поток», когда было установлено, что во время шторма в ноябре 1833 года метеоры исходили из области рядом со звездой Гамма Леонис. Последние леонидские штормы произошли в 1999, 2001 (дважды) и 2002 (дважды) годах. До этого штормы наблюдались в 1767, 1799, 1833, 1866, 1867 и 1966 годах. В периоды, когда поток Леониды не является штормовым, он менее активен, чем Персеиды. См. инфографику «Календарь метеорных потоков 2021 года» справа.
Установленные метеорные дожди
Официальные названия даны в списке метеорных потоков Международного астрономического союза. Время потока Родительский объект Квадрантиды начало января Тот же, что и родительский объект малой планеты 2003 EH и кометы C/1490 Y1. Комета C/1385 U1 также изучалась как возможный источник. Лириды конец апреля Комета Тэтчер Пи-Пуппиды (периодический) конец апреля Комета 26P/Григг–Скьеллерруп Эта-Аквариды начало мая Комета 1P/Галлея Ариетиды середина июня Комета 96P/Макхольц, Марсден и Крахт группа комет комплекс Бета-Тауриды конец июня Комета 2P/Энке Июньские Боотиды (периодический) конец июня Комета 7P/Понс-Виннеке Южные Дельта-Аквариды конец июля Комета 96P/Макхольц, Марсден и Крахт группа комет комплекс Персеиды середина августа Комета 109P/Свифт-Таттл Каппа-Сигниды середина августа Малая планета 2008 ED69 Ауригиды (периодический) начало сентября Комета C/1911 N1 (Киесс) Дракониды (периодический) начало октября Комета 21P/Джакобини-Циннер Ориониды конец октября Комета 1P/Галлея Южные Тауриды начало ноября Комета 2P/Энке Северные Тауриды середина ноября Малая планета 2004 TG и другие Андромедиды (периодический) середина ноября Комета 3D/Биела Альфа-Моноцеротиды (периодический) середина ноября неизвестно Леониды середина ноября Комета 55P/Темпель-Таттл Фениксиды (периодический) начало декабря Комета 289P/Бланпен Геминиды середина декабря Малая планета 3200 Фаэтон Урсиды конец декабря Комета 8P/Таттл Канис-Минориды
Метеоритные дожди внеземных обитателей
Любое другое тело Солнечной системы с достаточно прозрачной атмосферой также может испытывать метеорные потоки. Поскольку Луна находится вблизи Земли, она может подвергаться тем же потокам, но будет проявлять собственные явления из-за отсутствия атмосферы как таковой, например, значительное увеличение своего натриевого хвоста. NASA в настоящее время поддерживает непрерывную базу данных зарегистрированных ударов о Луну, которая ведется Центром космических полетов Маршалла, независимо от того, связаны ли они с потоком или нет. У многих планет и спутников есть ударные кратеры, возраст которых насчитывает огромные промежутки времени. Однако появление новых кратеров, возможно, даже связанных с метеорными потоками, не исключено. Известно, что на Марсе и его спутниках наблюдаются метеорные потоки. Пока они не были зафиксированы на других планетах, но их существование можно предположить. В частности, для Марса эти потоки отличаются от наблюдаемых на Земле из-за различных орбит Марса и Земли относительно орбит комет. Атмосфера Марса имеет менее одного процента плотности земной атмосферы на уровне поверхности, но на верхних границах, где сталкиваются метеороиды, эти два показателя более сопоставимы. Благодаря схожему атмосферному давлению на высотах, где пролетают метеоры, эффекты практически идентичны. Лишь относительно медленное движение метеороидов из-за большего расстояния от Солнца может незначительно снизить яркость метеоров. Это частично компенсируется тем, что более медленное снижение дает марсианским метеорам больше времени на абляцию. 7 марта 2004 года панорамная камера марсохода Spirit зафиксировала полосу, которая, как считается, была вызвана метеором из марсианского метеорного потока, связанного с кометой 114P/Wiseman Skiff. Ожидалось, что сильный поток произойдет 20 декабря 2007 года. Среди других предполагаемых потоков – поток "Лямбда-Близнецов", связанный с Эта-Акваридами Земли (то есть оба потока связаны с кометой 1P/Галлея), поток "Бета Большого Пса", связанный с кометой 13P/Олберса, и поток "Дракониды", связанный с 5335 Дамокла. На Юпитере наблюдались отдельные мощные столкновения: комета Шумейкера-Леви 9 в 1994 году, которая также оставила кратковременный след, и последующие события с тех пор (см. Список событий на Юпитере). Метеоры или метеорные потоки обсуждались для большинства объектов Солнечной системы, обладающих атмосферой: Меркурий, Венера, спутник Сатурна Титан, спутник Нептуна Тритон и Плутон.