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柯言

流星雨的夜晚也许你会选择户外观测，然而本文将告诉你另外一种选择——“雨”夜听流星
近年的狮子座流星雨,特别是2001年的狮了座流 星雨,给我国的很多观天者留下了深刻的印象。人们终 于看到了罕见的天外来客所形成的闪着亮光的雨。也终于开始对天外之雨与我们地球大气之雨有什么共性 与差异有了感性的知识。我们大气中的雨,主要的成分 是水,但也给我们带来了其它地区或者大气中的附加 的成分,比如说植物生长所需要的氮。不过,大气之雨 仅仅是我们整个地球水循环的一部分过程。天外之雨, 则是宇宙给予我们地球的物质补充。由彗星碎块形成的流星雨,也会给地球补充新的水,当然还会有其它一 些矿物质。大气中的雨,可以下得茫茫一片,分不清天 地。而天外之雨,常常是屈指可数,稀罕得很哪!但是, 只要有一颗出现,就有如电闪,方圆百里之内都可看 见。因此,对于流星雨的观测,自古以来常常采用目视 方法。一双好的肉眼,可能看到亮于大约5等星的流 星。照相方法固然可以永久地留影,但是只能够拍到亮 流星-——你明明看到一颗流星进人了你的照相机视 场,可是你在底片上却可能找不到! 一般来讲,流星雨的观测,可以用目视方法、照相 方法、元线电探测方法,也可以用收音机苯监昕流星的 等离子态余迹反射的电波。要听流星,首先要谈谈流星 的等离子态电离气体柱。这是在流星经过的路径上,以 每秒几十公里高速运动的流星本体与地球大气相互作 用,使周围气体电离,在流星本体后面留下来的余迹。 暗弱流星的余迹持续时间很短,只有百分之几秒,是瞬 现余迹,肉眼难以分辨。时间较长的持续余迹,通常同 亮流星和火流星有关,持续时间可以达到几秒甚至几 分钟。图1为1998年狮子座流星雨期间,在香港拍到

的、极亮的(负20等星亮度)火流星(介于满月和太阳的亮度之间)。图2为该流星留下来的漂亮的余迹。图3也是1998年狮子座流星雨期间,在美国新墨西哥州拍到的、长达30分钟的流星余迹。等离子态被称为除气态、液态、固态之外的物体第四态。由于它由带等量电荷的正离子和负离子组成,整体仍旧呈电中性,但是很容易导电和反射电磁波。
武汉市天文爱好者欧阳天晶先生,就多次介绍过他使用全波段数字调谐无线电接收机,在超短波波段来监听流星反射的信号。他常常选择收昕远在距武汉1400公里的、韩国的95.9兆周的广播。由于超短波信号直线传播的特性,它们不可能在远距离内沿着弯曲的地球表面传播。而且,大气高层的电离层的电子密度又不足以将它们反射回来。所以平时你不可能收到远距离的超短波无线电信号。电视调频广播也处在超短波波段,所以电视信号就只能传送几十公里远。在山沟沟里,要想看到电视,必须通过微波站或者卫星转播。但是,如果在你和发射台之间的适当位置,出现了流星等离子态气体柱,就可能将超短波无线电信号反射过来,使你的瞬间收听到该超短波无线电台的广播。图4是这种反射工作的示意图。这种"听"到的流星反射信号,可能维持0.2秒到十几秒的时间。"听"的方法可以观测到肉眼看不到的流星。并且,还可能在白天或者满月的情况下观测流星。事实上,流星产生的电离气体柱可以反射包括电视信号、雷达信号、调频或者调幅波的无线电收音机信号等等各种频率的无线电波。自50年代起,先进国家就一直在研究利用流星电离气体柱反射进行的"流星通讯"。

一般来说,用收音机监昕的常常是40兆赫到100兆赫的超短波,因为流星离子气体柱对于比较低的频率更能够有效地反射。图5(见下期)则是尼尔森(Nelson)先生于xm年5月记录到的宝瓶座流星反射的217兆赫兹的雷达电波。它是由美国设在德克萨斯州基卡普
(Kickapoo)的海军空间监视雷达(NAVSPASUR)发射的信号。该雷达的发射功率为800千瓦,是世界上少有的、信号最强大的雷达天线之
一。北美和加勒比海地区的大多数爱好者,都可能接收到明亮流星反射的该雷达的信号。该雷达的主要任务,是监测空间卫星及其碎片。它可以探测到距地面15000公里高空的、尺度仅10厘米大小的物体。这次,

观测者先听到的是由绕地轨道卫星反射的、断奏的、类似子弹飞过的声音,后面听到的是维持了大约两秒钟的、从流星的电离尾迹反射的、频率几乎稳定的雷达信
号。卫星一般是以每秒1到10公里的速度飞越雷达站的,所以反射时间短暂。而且,卫星相对于雷达站的径向速度在不断的变化,就像火车向你走近,或远你而去一样,因此反射的雷达回波有多普勒频移。反应在图5中,它的回波频谱是几乎垂直、而略有倾斜的一段长线,说明频率由高逐渐降低。而流星回波,尽管流星本身速度极高,达每秒几十公里,但是回波是由余迹反射的一它的速度极低,所以基本上没有多普勒频移。图5只是尼尔森(Nelson)在该流星雨期间记录到的数百个反射信号中的两个。其上半图中的绿色踪迹显示的是
接收器上的信号强弱包络,下半图是信号随时间的动态频谱。
图6(见下期)记录的是另外一次狮子座流星的反射回波。刚好在流星回波之前有两次人造卫星的回波。
不过,这一次流星回波的时间要长得多,接近十秒钟。流星回波的声音也不象卫星回波那样类似于子弹飞过的声音,而更像悠长的、类似鸟鸣的口哨声。图7(见下期)所示的是美国马里兰州的史蒂文·宾文纽(Steven Bienvenu)博士于1998年狮子座流星雨期间接收到的,同样是发自NAVSPASUR雷达的流星回波。总的时间长度为25秒,其中有两次狮子座流星的回波和人造卫星的四次回波。与图5、图6可以相互印证的是,流星反射的回波要强得多,时间要长得多:而卫星的反射回波又弱,时间又短。除了在超短波波段"昕"流星之外,1999年狮子座流星雨期间,美国宇航局还曾经在马歇尔空间飞行中心释放高空气球,搭载着甚低频(VLF)无线电波接收机,到大气的平流层去探测流星产生的信号。该接收机对1万赫兹以下的无线电信号敏感。这一无线电波段充满了像远程雷电、吱声、哨声等天电干扰和大气干扰信号。这三种波常常是远距离闪电激发的脉冲信号。引起远程雷电的闪电常常在距离接收机数千公里之外。远程雷电的频率在几赫兹到几百万赫兹。人耳能够听到1.5万赫兹以下的远程雷电声音。在时间序列的的频谱中,它常常几乎是一条垂直线,表明所有频率的波几乎是同时到达的。其声音有点像树梢突然折断,或者是尖锐的烤猪肉脆皮的声音。吱声则产生于比数千公里更远的闪电,甚至可以绕半个地球(2万公里)。吱声在向远距离传播过程中,VLF无线电波发生了弥散一一即较高频率部分比较低频率部分传播得要稍微快一点。特别是在2000—3000赫兹的波段,更加突出。因此在声谱图上,吱声在较高频率处显示一段垂直线,到大约2(则赫兹出现一段弯曲的钩子。哨声波在适当的条件下,可能离开地球,然后又沿着地磁场的磁力线返回地球。在远距离传播中,它产生的弥散比吱声还要大。因此在频谱图中,哨声比吱声还要倾斜和弯曲得多,显示其不同频率的波是先后到达的。其声音像短暂悦耳的鸟叫,可以维持一秒或几秒钟。伽刺费尔(DenElis Galllagher)是马歇尔空间飞行中心的等离子体物理学家。他认为,高空气球搭载的VLF无线电接收机,可能收到来自狮子座流星本身的无线电信号发射:流星在大气内产生离子尾迹,由于电子比正离子更易于运动,它们充满所在的空间可能就更快一些。这就可能造成等离子体振荡,发出无线电辐射。（待续）（本站扫描整理，禁止转载）