目视观测流星雨


编者按:最近一段时间,笔者经常在一些普及天文的论坛上看到有一些刚入门的爱好者询问“如何目视观测流星雨”,根据这个问题,笔者结合自己数十次观测流星雨的经验,写下这篇文章。虽然说是一片普及文章,不过笔者觉得好些东西都是笔者独有的,在其它关于这个问题的文章中也很少见到,希望会对无论是新手还是对老手都有所帮助。

一、目视观测流星雨(新手篇)
有许多朋友都询问我,观测流星雨要不要用望远镜?其实,目视观测流星雨是不用望远镜的,只要用肉眼就可以了。因此,目视观测流星雨是一种很好的天文普及项目,因为基本不用什么器材。

夜里观测流星雨时,需要注意以下几点。
1、需要面对辐射点。笔者在很多文章中看到说“许多流星都从辐射点射出”,感到有点疑问。因为流星是随意分布的,如果在A地流星从所谓“辐射点”射出,那么B地看到的同一流星将是从另一个方向经过。因此笔者觉得这种说法没有道理。但是,由于流星与辐射点的远与近,和流星轨迹的短与长是很有关系的,因此面对辐射点可以“捉”到更多的流星,面对辐射点便可以看到更多的流星。
2、选择好时间。经常看到有些新手,明明是凌晨才可以看的流星雨,刚刚天黑就在那里伸长脖子守候了。在这里我想提醒这些新手,你不是超人,你是人,你需要睡觉,请你在看不到流星的时候就不要看吧。一般辐射点升起以后能辨认流星是否群内,所以当你决定要看流星雨的时候,最好查一下辐射点的升起时间,然后睡到那时候再来看吧。学到这一点要会举一反三,因为辐射点落下以后也是看不到流星的。
3、要尽量让自己舒服。看流星雨不是看星系、星云之类的东西,早一分钟晚一分钟都在那里等着你。流星是很可恶的东西,出现瞬间就会消失了,因此你要最大限度的利用观测时间。最好的做法就是让自己感到舒服,例如躺着、坐着观测。站着观测是迫不得已的选择。
4、要学会区分群内、群外。说起来很容易,但是有些流星连老手也不一定能立即区分是否群内、群外。第一,流星的反向延长线必须穿过辐射点或者是附近(一般是1度左右),这是很容易学会的;第二,如果有一颗流星反向延长线穿过辐射点或者附近呢?那么就要学会一些方法。第一,判别速度;第二,判别轨迹长度。如果速度和群内流星相差很大(这需要找感觉),那么就是群外流星;如果在辐射点附近连续划出很长的轨迹,也不是了。
5、如何估计流星亮度。这也是需要找“感觉”,脑里面要储存许多星星的“亮度”,然后当流星出过以后,用流星的最大亮度与脑里面的“记录”比较,一般准确到个位数就可以了。
6、测定极限星等。不能以肉眼看到几等星为标准,国际流星组织规定,必须观察特定天区内的星数,然后查表求出极限星等。关于这一方面请见本站相关内容。

二、如何目视记录流星雨(新手、老手篇)

如果你就是想看流星雨图个新奇,那么最好还是不要看着篇文章了。看流星雨的确是很有意义的活动,如果你得到了详细的记录,那么就应该整理出来发给国际流星组织:visual@imo.net。不过请注意,这个是目视流星雨专用的邮箱,如果你是无线电观测、望远镜观测、火流星观测的话就不要发到这里来哦!

我一般把记录流星雨分为以下几步,供大家参考。
1、采集数据,就是观测流星雨。这是很重要的一步,大家不要把希望寄托在白天回忆,应该在观测的时候记录好一切必要的东西,这是新手需要注意的。采集数据的时候另外一个需要注意的地方就是在记录上花尽量少的时间。据笔者的经验,最好就是在观测前就制定好数据的顺序,就是说观测到一颗流星之后,把流星的基本顺序报出来(或者记下来)的次序,可以节省相当的时间。如果你是用笔记的,那么会不用看纸就把数据记下来,而且不会重叠到一起的本领将会十分有用。
2、统计数据。观测完毕以后,应该尽快把数据归纳整理。笔者的习惯是用Excel,把星等的情况按时间次序记录下来,便于归纳整理。
3、上报给国际流星组织。按规定填写观测报表,然后发到国际流星组织目视观测信箱。如果英文好的话,那么可以给负责人Rainer Arlt写几句话,谈一谈自己的感想。如果英文不好,那么就把报告发过去也可以了。各位可以放心,根据笔者的感觉,Rainer Arlt是一位十分和蔼和有礼貌的科学家,而且每一封回信都值得阅读。不过,发完报告以后就不要老是发一些无关紧要的信件去烦他了。关于填写观测报表请见本站的有关文章。

三、如何成功观测一次流星雨(精华篇)

许多事情都是说出来简单,做起来难。观测流星雨也一样,特别是对那些需要下半夜观测或者通宵观测的流星雨,如果需要过几分钟或者以上才能出现一颗流星,那么对观测者就是一个考验。如何成功地“熬”过这个夜晚,笔者有不少经验,希望可以和大家分享。

1、要有信心、有耐心。抬头望天的时候,心里要想着“我是幸运的,我看的这一个天区马上就会出现一颗流星”,我发现有这种感觉,到了真正支持不住的时候,就会发现时间过得比预计的要长。而且,如果真的出现了一颗流星,心头也会有极大的振奋。
2、要区分流星与幻觉。相信大家都有一些感觉,如果是独自观测,有时候很难判定是否出现了幻觉。笔者和大家交流一下经验。第一,幻觉的“流星”轨迹一般很短;第二,幻觉的“流星”有时候速度很快,分辨不清到底哪里是开头,哪里是结尾;第三,幻觉的感觉好像是“飘”在眼睛上的,而真正的流星有一种很踏实的感觉,而且感觉好像是和夜空融为一体的。以上是笔者的一些感觉,希望能够和大家多多交流。
3、相信自己的观测结果。有时候观测发现,自己的观测数竟然比预报ZHR稍大,这时候不要慌,也不要马上开始想自己哪里记错了。如果你看到了确实的流星,那么就不要不相信自己的观测结果。
4、除了观测时的努力之外,准备也是很重要的,不要到了观测地点才发现忘记带了什么,这点新手必须要注意。至于身体问题,则是新手、老手都要注意的问题。如果是下半夜,那么就要注意闹钟问题,不要到了第二天才懊悔不已。
最后,祝大家观测成功!

目视流星雨常见问答

我不知如何区分开双宝瓶座流星群或双金牛座流星群,怎么办?
观测这些两个以上辐射点的群,如果流星刚好在辐射点附近出现,那有可能可以直接判断它的归属。但是,在大部分情况下想立即判断归属是不可能的,人很难准确地定位天球上的大圆。如果你不信,你可以找一颗人造卫星来试验:试着预测一下卫星运行40度后的位置,预测和实际至少会相差几度之多。
如果你不是直接观测双群的辐射点,你就不应该尝试去辨别它们(除非你绘图)。即使是绘图也很难非常准确地定位流星路径,事后处理你应该订立一个标准。实际上,绘图测定多辐射点流星群的准确参数是很需要的。
请不要在没有确定流星属于哪一支群的时候就把它归入某一支群而上报,这会让分析结果失去科学价值。因此,如果你在观测双金牛座流星群或者其他双辐射点流星群的时候,把所有支群的流星全部归到母群下(如归到金牛座流星群下)即可。

我晚上看到了很多亮流星,但我的照片一颗都没有抓住。我哪儿做错了?
照相机的极限星等和你眼睛的极限星等是不同的。流星在天球上运动的速度至少是10度/秒,这比其他星至少要快2000倍。也就是说,如果某星和照片上某流星一样亮,那这颗流星要比那颗星至少亮2000倍。假使目视极限星等是6等,那一般情况下-2等以下的流星都不能被拍到。如果这些流星很慢并且有长长的余迹,那这个下限可以上升到0等。而且,标准镜头的视野比人眼要小得多,即使你一晚能看到2-3个火流星,照相机仍然有很大的可能看不到它们。
如果你有鱼眼镜头并遇到较大的流星雨,那你成功的可能性就会比较大。此外,摩羯座α、天鹅座κ和猎户座χ都是以亮流星闻名的小流星雨,它们的速度也很缓慢,所以这三个流星群也是拍摄的好对象。

多亮的流星能被称之为火流星?
火流星和一般的流星在实际上并没有分别,这纯粹是人类的定义。-4等以上的流星被称之为火流星。不过,-3等的“次火流星”也可以被包括在内。

我如何确定火流星的亮度?
0等以下的流星都可以很精确的估计亮度,但对于以上的流星人们往往缺乏足够的参照。天狼星的亮度大约是-1.5等,这对观测者来说是个好参照,但对于北半球来说它偏南了些。再往上,木星一般在-2等,金星在大距时可以达到-4等,它们都可以说是最好的参照。
在月光的环境下,明亮的天体作为对比就会有难度。这时,你只能从印象中来对比。天文上的星等定义是去对数的,如果一个火流星比某天体亮1倍,那么它只多比那个天体亮1等;如果火流星比某天体亮4等,那说明其亮度至少比那个天体要亮40倍。
明亮的火流星可以照亮周围。如果一颗火流星能照出影子,那么其亮度至少有-5等。如果你在视场正中心看到火流星,那么就要考虑视盲效应。如果一颗火流星经过后你连2等星都看不到,那这颗火流星至少有-10等。

哪种方法用于确定极限星等最好?
国际流星组织的数星法,只要记下你所看到的星数之后查表即可。它包含30个天区以便南北半球的观测者一起使用。
有一些天区有系统问题。如果有观测者不易分开恒星,他在使用天鹅座的14号天区时就会觉得困难。因此建议这些观测者在极限星等好于6.2时不要使用14号天区。以下还有几个小建议:
用2-3个天区来确定你的极限星等。观测时可以改变到其他的天区。
把这些天区的极限星等求平均来得到你的极限星等。
每隔30-45分钟测定一次极限星等。
不要用高度在40度以下的天区,即使你正在观测那里。
不同的观测者会有不同的极限星等,每一名观测者都要确定他自己的极限星等。
-0.5等的误差会让你的报告没有分析价值。

天空中25%被房子和树遮挡了。它会影响云遮挡率吗?
答案很简单:不会。人的视野直径为100度,如果你的视野里面没有任何云或者其他的遮挡,你的遮挡率就是1.0。
有些人在阳台上观测,他们最好也只能看到半边天。尽管视野内从地平线到屋顶的张角小于90度,但是水平上的视野肯定会大于100度。这个误差是非常小的,遮挡系数仍然可以为1.0。

如何评估我的遮挡系数?
在流星雨上演到最精彩的片断时,经常会有一片云出来干扰。不幸的是,遮挡系数是最难确定的,一些参数确定你的遮挡系数。
遮挡系数的范围不是全天,上面的问答已经指出视野不大于100度。如果你的视场内有云了,你可以马上转到另外一个晴朗的天区。如果晴朗区一直大于100度,系数将一直保持在1.0。
现在让我们考虑一下云变大的情况。当可观测的天区小于100度时,我们就要考虑云遮挡了。要注意,你的视场中心可能正在云缝中,而人眼对于视场中心的东西是最灵敏的。当一颗流星在视场边缘出现的时候你可能感觉不到,但在视场中央出现就能感觉到。简言之,如果云遮挡了视场边缘的20%你并不会错过20%的流星。
看来这是非常难确定云遮挡率的具体数字的。我只能建议用以下方法来确定你的遮挡率。遮挡了50%说明你猜测50%的流星都被错过了,相对应,你的视场直径只有32度。50%的遮挡所对应的遮挡率为2.0,IMO不会引用遮挡率大于2.0的报告。

画图观测中哪部分最重要?
近年来不少人都对画图观测弱群产生了兴趣,这里有一些比较详细的画图指导。总的来说,准确的流星路径是绘图观测中最重要的,这样可以让我们准确地测定辐射点的位置。画图观测的专业用图是佐伊尔(Vladimir Znojil)的《布诺星图》(Atlas Brno)。
当你观测到一颗流星时,你应该记下周围的星,大部分情况下它们都很暗弱,因此要求你对星图有足够的熟悉。定标星距离流星路径越近越好。总之,确定一颗 5等星的位置将花费你一定的时间。大部分观测者对天空都没有足够的熟悉,他们会牺牲距离来找一颗明亮的定标星。不过,这些星距离流星路径最好不要超过15度,否则误差将会不可接受地大。
由于确定路径是为了确定辐射点,因此我们在画流星的时候准确的路径比准确的长度更重要。记住流星出现在某星的哪个方向是很有用的,比方说,在此星的左边一点,彼星的右边一点。如果你用了四五颗这样的指示星,那么即使你没有用 5、 6等的定标星,你所绘制的流星轨迹也将有足够的精确度。或者,如果流星刚好经过某颗比较明显的定标星,那你也可以很轻易的确定流星的轨迹。
当你画完流星以后,你可以记下流星的特点,准确时间,以及准确到0.5等的星等。布诺星图给出了若干颗星的准确星等,但不要因为某流星和天鹅座γ一样明亮就贸然写上“ 2.2m”,写“ 2”就可以了。
绘图观测不需要测定角速度。当观测偶发流星时,测定角速度是非常有用的,具体情况请见下面的问答。
最后,你还要对你所绘制的流星进行一个精确度的评估,分为三个等级,1是很确定,3是很不确定,或者用 、o、-也可以。一般视场中心是最肯定的,而视场边缘是不太确定的。
当你能够熟练的画图时,准确地绘下一颗流星大约需要半分钟。你最好可以给出准确路径、星等、角速度、准确性(如1 2 3)、颜色、余迹,以及其他特性。

如何在布诺星图上绘图?原图很复杂。
把星图放在你面前,将星图号置于右上角。绘图区在偏左下方的位置,准确地说是星图框架内。y轴正向上,x轴正向右,因此只有正值。1-3和7-12号星图使用的是风景格式,而4-6号星图使用的是肖像格式。
绘图区的单位是毫米,给出比毫米更低的数值是没用的,0.5毫米的精确度不会比1毫米更高。小叉表示70毫米的距离。如果你自行拷贝星图,即使你已经调成1:1模式,大多数的复印机仍然会改变星图的比例,长轴会有1-3毫米的误差。你可以用70毫米叉来确定你的误差并修正之。

角速度测量有多可靠?
完整的流星雨观测包括计数观测和绘图观测,而绘图观测的科学价值建立在角速度测量的精度上。以前我们用0-5来表示角速度的快慢,但现在我们直接测量角速度的大小。一名中等资深的观测者能把误差控制在30-50%内。此法统计不确定性和0-5法差不多,但系统错误就要更少(0-5中每一级代表的角速度并没有准确定义)。注意算上几何因素,角速度最大值为40度每秒,大多数流星不会超过25度每秒,一颗速度为35km/s的流星体的角速度一般为20度每秒。摩羯座流星雨和天鹅座κ流星雨甚至不会超过10度每秒。这类因素限制了流星雨的角速度,观测时我们可以用十个以上的流星来确定这一点。

如何对付那些肯定不属于任何一个群的流星?
观测者经常会面对那些在视场边缘出现的流星,确定它们的归属很大程度上取决于主观因素。
首先,我们应该了解这种流星是否应该包括进统计中。每小时天顶流量(ZHR)定义的是无限制的视野,准确地说是一个直径105度的大圆(由于一些统计原因它不是100度)。只有2%的流星会出现在这外面。因此,我们也可以用ZHR来定义受限制的视野。注意50度的距离经常被低估,当你注视着天津四时注意到一颗流星在武仙座的某处出现,它仍然很好的在范围内。当你的视野包括了北极时,整个飞马座和天鹰座也包括在内。总之,我们建议记录下你所看到的所有流星。有时一束光出现在你视场边缘,而你不能肯定它是否是流星时,你可以向周围的观测者求证。如果你是自行观测,就不应把它算为流星。
当我们确定一个距离辐射点比较远的流星的归属的时候,其测定的不准确性与流星群的流量成反比。因此,当一个大流星雨出现的时候你应该把那些不准确的成员归到这个流星雨下。当进行一个小流星群的绘图观测时,不要把评判标准定得过死。辐射点直径为20度的流星群用于那些离开辐射点50度的流星都是要效的。如果只记住角速度和角直径,对于观测者误判的影响会减小一些。注意,你视场边缘的景象相差很严重,而你的大脑是无法正确重建真实的影像的。
另外一个经常出现的问题就是双辐射点的流星雨,如金牛座流星群。流星可能同时符合两个群的标准,观测者就要问怎么处理这些流星。我们有四种方法来处理这种问题:1.把它们归为偶发,这是一种很差的解决方法;2.把金牛座流星群算成一个群;3.我们看看它更符合哪一个子群的特征;4.我们把这颗流星拆城一半,分别放入两个子群里头。第二种方法是最好的,因为我们肯定不会搞错些什么。然而,这样我们就没办法分别研究子群的特性了,因为两个子群实际上被算成一个整体,这样我们就可能会有一个很大的误差。因此,最后两种方法可能会好一些。如果我们要研究金牛座流星雨的活动,后面三种方法都可以用,而现在我们就要在最后两种方法之间选择。想象一下,有一颗流星,即使用速度的方法似乎也无法区分出它应该属于哪一个子群。然而,因为这个流星到另外一个辐射点距离不同,因此它们之间的速度就会有一些微小的差异。靠近的辐射点出来的,速度就慢一些;远一点的辐射点出来的,速度就快一些。因此,速度上更符合的那一个群生出这颗流星的可能性就大一些,我们就可以把这颗流星轨道这一类。统计学上的研究表明,这种方法所产生的误差最小。
比方说,有一颗流星距离北金牛座流星雨的辐射点40度,而辐射点的高度是90度/我们假定这流星的角速度是10度/秒。这颗流星的反向延长线同时通过南北群的辐射点,因此无法用路径的方法来确定它的归属。不过,计算表明北群的角速度应该是12度/秒,而南群应该是14度/秒。显然,北群的差异更小一些,我们就可以把这颗流星归入北群。加之,我们再考虑一下路径长度。如果流星的路径短,我们应该把它归入距离近的那一个群。
如果我们用方法四(把流星变成两个一半平均分配)我们就忽视了两个群之间的微小差异。上一段已经讲到,微小差异是可以决定结果的,而且可以产生足够大的误差。总之,对开的流星无法显示出两个子群之间的差异,也抹去了两个子群独特的痕迹,是不可取的。
以下几条指导方针可以用来对付那些边缘流星:

无论流星距离视场中心多远,它都应该被报告。
不要报告那些没有归类的流星,要毫不含糊的确定这是群内还是偶发,用角速度和路径等特征来进行归属。注意你的主观因素可以影响到活动计算结果。
"DIV"的代号专门用来处理7-8月间那些因为距离视场太远而无法归属的宝瓶座流星群成员。
不要同时报告"STA"、"NTA"和"TAU"。只要你绘图了就要确定它们具体属于哪一个子群,即使差别很微小。
在群分析的时候不要把一颗流星拆成两半放入两个群中。

当一群人在观测的时候,怎么规划个人的观测点?
一群人观测比一个人单独观测有趣多了。尽管一群人观测和一个人观测没什么不同,但各个观测者出来的却是自己的东西,独立的观测记录。因此要覆盖全天的看法是没有必要的,不值得提倡。
视场最好放在观测者能轻易辨别出流星群活动的天区,这可能意味着所有人都要看一个方向。这个并没有什么问题,因为一群人的观测结果肯定比一个人的观测结果要有用得多。另一方面,如果摄像机在工作,记录下那些可被拍到的亮流星是非常重要的。进行不同方向的观测更容易看到所有的亮流星。
下面的规则在制定一群人观测的计划时可以考虑:

有经验的观测者对所有流星群的活动更有洞察力,应该安排那些靠近小群的位置。
只能分辨出大群的观测者应该把他们的视场分散在大群辐射点周围20-60度的地方。例如,观测英仙座流星雨的时候可以把他们放在仙王座、小熊座、鹿豹座、仙女座、飞马座和双鱼座。
当辐射点低于50度的时候不要安排人去看反方向。例如,观测英仙座流星雨的时候不要看天鹰座、武仙座、蛇夫座或者更南的星座。
不要安排观测者把视场中心定在40度以下。
如果摄像机在工作,或者有网络摄像机覆盖天区,那么每一个观测者都应该带一只走时准确的手表,将火流星出现的时刻准确到1秒以内。

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