跨世紀的獅子座流星雨

(本文已投稿觀星人雜誌)

陳立群

毫無疑問地，獅子座大流星雨熱潮將從上世紀末延續到本世紀初，成為眾人矚目的天文焦點。由於母體彗星55P/Tempel-Tuttle於1998年回歸， 1998、1999年，台灣地區跟世界其他地區一樣，電子媒體與平面媒體廣泛報導獅子座流星雨的訊息，同時也出動SNG(Satellite News Gathering)到各個觀測地點現場直播。以天氣來講，1998年台灣許多地方受雲層影響觀測，1999年的狀況則不錯。2000年則受月光影響觀測。今年不受月光影響，且根據許多流星天文學家的預測，台灣和其他遠東地區、澳洲、太平洋上的小島以及北美洲西部都處於最可能發生流星暴雨的有利位置，因此只要本地天氣晴朗，應該好好把握!

獅子座流星群的ZHR值(指一名觀測者在極限星等6.5等、天空無雲、輻射點位在天頂的最佳狀況下，每小時所能看到的流星數，為度量流星群規模的標準)究竟會多高，至今仍是一個難以回答的問題。不過1999、2000年的預測在數量級上至少吻合。我們先回顧一下國際流星組織(International Meteor Organization) 1998-2000年的統計情形。

1998年的流星觀測結果

透過473位觀測者共70800顆獅子座流星的紀錄分析，1998年的獅子座流星雨有兩個極大期由兩個不同的來源造成。如圖一顯示，其中一個強而寬的極大期來自母體彗星55P/Tempel-Tuttle數十次以前回歸時所遺留的粒子，其中心約在太陽黃經234.528°±0.006° (國際標準時1998年11月17日1時55分)，極大時的ZHR值 為357± 11。另一個較短暫存在的部分具有較多較小粒子，位在太陽黃經235.311°±0.007°(國際標準時1998年11月17日20時33分)，接近地球通過母體彗星軌道與黃道交會點，其造成的ZHR值為136± 5。第一個極大值中，能造成亮度大於+6.5等之流星的流星體粒子通量密度為0.015±0.001（流星體個數/ km2hr）。第二個極大期能造成亮度大於+6.5等之流星的流星體通量為0.028±0.03（流星體個數/km2hr）。模型計算超過一百萬個最早於兩千年前噴出的粒子與觀測到較亮流星的時間吻合。由於選擇較大的粒子做為模擬，在此模型中無法看出第二個極大期的情形。參考資料4的兩位作者認為造成第二極大期最可能的來源來自1965、1932甚或 1899年母體彗星回歸時所噴出的粒子，這些流星體較小且具有較高的噴射速度而被帶到地球附近。如參考資料九所述，1998年原本有許多學者預測將會發生流星暴雨，ZHR值高達10000，不過事與願違。

圖一 1998年ZHR結果，左邊與右邊分別對應11月 12.6日 和 21.6 日。

1999年的流星觀測結果

1999年國際流星組織整理了434位觀測者所記錄的277172顆屬於獅子座流星雨的流星。於亞洲西部、歐洲及非洲都觀測到獅子座流星暴雨(A storm of Leonid) 發生在太陽黃經235.285°±0.001°的位置，對應國際標準時1999年11月18日2時2±2分，如圖二顯示，其ZHR值為3700±100，記錄大約是以2.8分鐘作為記錄的時間間隔。造成亮度大於+6.5等之流星的粒子通量密度（The flux density of particles）為每小時每平方公里有1.4±0.3個粒子(單位: 流星體個數/km2hr)。其他的數個極大值可在ZHR峰值輪廓曲線中發現，其中一個位在太陽黃經235.272°的位置，對應國際標準時1999年11月18日1時43分，與1932年彗星通過近日點所遺留的塵埃有關；根據參考資料3 Rainer Arlt等作者的粒子模擬研究，可重現此極大期以及由1899年回歸所遺留的流星體造成的主極大期之發生時間。此次另有一明顯的第二活動爆發發生在太陽黃經235.87°±0.04° (國際標準時1999年11月18日16±1時) ，其ZHR值等於180±20。造成獅子座流星暴雨的成分顯示不尋常的亮度分佈關係，亦即缺乏非常亮和非常暗的流星。

圖二 1999年流星暴雨期間的ZHR輪廓圖，觀測點極限星等在6.0-7.0的數據才被採計，圖中代表誤差的棒狀值(Error Bar)為ZHR/ √n_tot，其中n_tot表示獅子座流星雨總數。

圖三 於不同觀測地點的ZHR輪廓圖，上方表示在法國南部結果，左下則為西班牙南部觀測結果，右下表示約旦和以色列的觀測結果。

2000年的流星觀測結果

2000年受月光影響，但依據國際流星組織從世界各地230位觀測者、614.22觀測小時的數據，整理出2000年獅子座流星雨有三個明顯的極大值。第一個極大值其ZHR值為130±20，位於太陽黃經235.28±0.01 (國際標準時2000年11月17日8時07分 ) ，恰好落在母體彗星55P/Tempel-Tuttle 1932年回歸時之塵埃尾預計通過地球時間後的十五分鐘。第二個極大值比較寬，可以用寬約一小時而平坦的峰值曲線描述，其中心落在太陽黃經236.09±0.01 (國際標準時2000年11月18日 3時24分)、 ZHR值為290±20，這部分的流星由母體彗星在1733年通過近日點其塵埃尾所造成的流星體所造成，觀測到的區域主要在歐洲。第三個極大值其ZHR值為480±20，位於太陽黃經236.25±0.01(國際標準時2000年11月18日7時12分)，主要由北美洲觀測到，發生在1866年母體彗星回歸之塵埃尾預測通過地球附近時間的四十分鐘前。而族群指數(population index) r於ZHR極大值後的四十分鐘如預期達到最大值2.2 。族群指數r值於國際標準時2000年11月18日3時到7時之間幾乎為常數。

雖然月光影響了觀測的意願與樂趣，但國際流星組織發現經由一些對ZHR輪廓圖的測試，修正參數的選擇對於ZHR規模以及極大值發生時間不會產生重大影響。國際流星組織也對於在惡劣環境下長期觀測所產生的疲勞影響做探討，以期能夠在2002年幾乎滿月下觀測獅子座流星雨時，能將觀測做最佳化，提出有意義的資訊。

圖四 2000年的獅子座流星雨ZHR輪廓圖，引用的數據觀測時期輻射點高於15度。

2001年的獅子座流星雨展望

根據參考資料1，由在瑞典Kiruna召開之2001流星體會議(Meteoroids 2001 Conference)所更新的資料，2001年獅子座流星雨將有數個極大值，其規模預測如下:

表一

考量獅子座流星雨輻射點升起時間以及11月17日天文曙光約在凌晨四點五十分和11月15日為朔等因素，可以看出如果最先遭遇的極大值發生在第二列所預測的中原標準時間2001年11月18日18時28分，由於輻射點還在地平線下，我們將無法觀測，這個時間適合美加地區凌晨觀測。而後續幾個預測極大值如果發生在第三、四、五列所預測的11月19日2時03分、2001年11月19日2時20分或2001年11月19日3時10分，台灣地區都落在非常有利的觀測位置，當天請記得熬夜觀測到天明不能看流星為止。

支持第二列所預測時間附近發生第一個極大的至少有三組人馬。其中一組是芬蘭的Esko Lyytinen與在美國華盛頓特區Meta Research服務的Tom Van Flandern，他們一開始假設流星體以穩定的軌道圍繞彗核，後來由於輻射壓力而逃脫進入目前環繞太陽的軌道。他們預測1999年的ZHR值為5500，後來實際觀測的數值為4000左右。這兩位專家在芬蘭URSA 天文學會流星組Markku Nissinen的協助下，改進其對於2001年獅子座流星雨的預測，認為極大期發生時間為2001年11月18日18時28分，由1766年母體彗星回歸所遺留粒子產生。另一組人馬為北愛爾蘭Armagh 天文台的David Asher與澳洲國立賽丁泉天文台的Robert McNaught，他們在1998年發表dust trail模型說明流星體流(meteoroid streams)如何在太空中演化，並且預測了1999年流星暴雨的時間只與實際觀測差了六分鐘而已(預測ZHR發生在國際標準時1999年11月18日2:08，預測ZHR為500，實際發生的極大值在當天的2:02，但ZHR為3700)。他們所預測的極大值時間比Lyytinen早半個鐘頭，為2001年11月18日18時01分，但也認為由1766年母體彗星回歸造成，但他們認為這些粒子在軌道上越來越擴散。1766年母體彗星回歸所遺留物質可能也是造成1869年11月14日流星暴雨的主因。另一位流星天文學家Jenniskens 在2001流星體會議上則預測這個美洲可看到的極大期，其ZHR將達4200。在加拿大西安大略大學(University of Western Ontario)博士班攻讀流星天文學、曾任國際流星組織理事的Peter Brown與美國太空總署馬歇爾太空中心(NASA's Marshall Space Flight Center)的William Cooke原本也和Asher預測的情形接近。但在今年七月他們藉由2000年各地觀測獅子座流星雨的數據修正預測，認為結合1766、1799、1833三次母體彗星回歸崩落粒子的效應，將產生緩而低的ZHR曲線，於中原標準時18日21時 達到極大，但ZHR不會超過1300。

Lyytinen以及Asher兩組專家預估在中原標準時11月19日一點多到三點多會有幾段極大期。首先是由1699年母體彗星回歸所遺留的粒子（已經環繞太陽九次，因此會看到論文中寫著9-rev）於2001年11月19日2點03分，Lyytinen這組專家預估ZHR會達到2600，其半高寬度(Half-Width)為62分鐘(但屬於不對稱形，上升到ZHR值2600要58分鐘，自最高ZHR值下降則為65分鐘，因此表一估計其持續時間為2小時，但這是指以ZHR值2600為中心，其餘可類推)。由1866年母體彗星回歸所遺留的粒子所造成（已經環繞太陽四次，4-rev）的效應，於2001年11月19日2點20分預估其ZHR會達到5000，其半高寬度(Half-Width)為43分鐘，因此表一估計其持續時間為1個半鐘頭。由1666、1633年母體彗星回歸所遺留的粒子（已經分別環繞太陽十與十一次）於2001年11月19日3點10分造成流星雨預估ZHR都在150，其半高寬度(Half-Width將分別大於140與90分鐘，因此表一第五列估計2001年11月19日3點10分ZHR為300，其持續時間可達四小時。

Asher和McNaught這組專家認為1699年母體彗星回歸的遺留物質所造成效應大約在2001年11月19日1時31分產生ZHR達9000。1866年母體彗星回歸的遺留物質預估在2001年11月19日2時19分到24分使得ZHR達15,000，算是相當驚人的數量。除了1699、1866年母體彗星回歸所造成的影響外，1633、1666年彗星回歸所造成的效應影響較小，但預估屆時對於流星雨也有相當程度的貢獻。

我們把Aher 和McNaught預測的資料整理如下表二:

Brown與Cook雖同意這四次母體彗星回歸遺留粒子的效應，但他們認為第二個極大期在2001年11月19日1時，ZHR值為800。不過Cook仍然預估人造衛星被獅子座流星雨之流星體損害的機率為1999年獅子座流星暴雨的五倍。

流星暴雨的觀測

如果流星雨夠大，而無法計算所看到的流星，稱之為流星暴雨(meteor storm)。流星暴雨是令人難以忘懷的現象，許多人可能終其一生也沒機會遇到。除了享受免費的煙火秀，只要一些事前計畫，您也可以記錄有價值的數據，提供科學分析。

如果流星暴雨真地發生，有可能其規模比1999年還大，高時間精度的活動輪廓以及星等估計很重要。如果每分鐘出現超過20顆流星的流星暴雨，國際流星組織建議以半分鐘為區間(period)做紀錄。以較短時間為區間做紀錄，有可能在這短時間內出現很多流星，也可能在這很短的時間內很少流星甚至沒有流星出現。但我們可以合併短區間記錄時間成為較長區間的記錄，卻沒法子將較長時間的記錄區分為短區間的記錄。(例如只記錄02h30m-02h45m共有1000顆流星，無法區分哪些流星以及有多少流星落在01h00m-01h01m這個觀測區間。這邊以h表"時"，m表"分")，當流星暴雨出現時，不需要區分獅子座流星群和非獅子座流星群，偶現流星(Sporadic Meteor)的計數也不那麼重要。於有效觀測時間Teff，對於1-6分鐘的持續觀測時間，以小時做單位時，紀錄小數點後三位數字，例如三個觀測區間02h00m-02h05m、02h05m-02h10m、02h10m-02h15m結合的有效觀測時間Teff為0.250h。對於比一分鐘短的週期，紀錄小數點後四位數字，例如01h00m40s-01h01m30s得到0.0139h的有效觀測時間。

流星的星等是獲得流星體流(Meteoroid Stream)物理參數重要的要素，可藉此修正流星群的族群指數(population index)而計算ZHR值。觀測流星時，視野的極限星等估計常因為歡呼看到美麗的流星雨奇觀而忽略，但ZHR的準確度與合理的極限星等估計有關。如果你是採取錄音機記錄流星的星等估計，當暴雨出現時，不需要在每一顆流星出現時關閉錄音機，只要對著未停止的錄音帶一直講話提供流星記錄即可，記得記下記錄啟始與終止時間，也記得在暴雨開始與結束時至少做一次視野的極限星等估計。

一般而言目視觀測技巧可以分析到+5甚至+6等的流星，流星攝影技術受到限制，其極限星等約+1等，甚至在"一般"主要流星群極大時，可能每小時有只1-2顆流星會被單一相機捕捉到，因此很不容易由攝影有限的資料分析時率和星等分佈，但對於流星暴雨時，此限制不復存在。1966年在獅子座大流星雨極大期間，有將近四十顆流星軌跡在短短三分鐘內藉由攝影記錄到，但相對地，流星群愈活躍，目視結果可確信程度降低，因為有可能流星數據記錄不正確，或是漏失記錄流星，因此對於很高比率的流星出現，攝影方法很重要。如表三提供獅子座流星群基本資料，以及建議的攝影視野中心值。各位可以準備標準或廣角鏡頭與感光度400度底片嘗試捕捉剎那間的永恆。如果在寒冷的高山觀測或攝影，請注意保暖以及使用機械式相機防止採用電子式相機的電池受寒失效。
獅子座流星雨輻射點約在晚間十一點半升起，表四提供台灣中部地方時間與輻射點高度角之關係。由ZHR公式也看得出在兩點左右，即使在萬里無雲、極限星等6.5等下ZHR預測值2600真的出現，台灣中部也要打對折，在那一時段每小時看到1200顆流星，因為當時輻射點仰角才約30度，比輻射點在天頂時的數量要減半。

表三 獅子座流星群:

表四 台灣中部(北緯24度，東經121.5度)不同時間的輻射點仰角，台北之仰角略低0.5-1度。

流星觀測記錄的傳送

歡迎將目視觀測數據採ASCII檔案(如記事本、UltraEdit、TxtPad等軟體編輯的*.txt格式)以電子郵件送達Rainer Arlt先生，其電子郵件帳號為visual@imo.net，他目前是國際流星組織目視觀測委員會的負責人(Director of Visual Commission) 。萬一某些狀況造成國際流星組織網路無法正常運作，請寄至備用電子郵件帳號:rarlt@aip.de。為了避免混淆，對於星等分佈(magnitude distribution)記錄的空白欄位，請使用"0"或"-"表示。如果以電子郵件軟體撰寫建議將字型選擇"Courier"。如果要以郵寄方式，請寄給Rainer Arlt，Friedenstrase 5, 14109 Berlin Germany。有關目視觀測方法，可參考筆者另一篇文章: 流星的目視觀測與紀錄。

總結流星暴雨觀測時的注意事項如下

有關流星的攝影方法或過去幾個世紀的獅子座流星雨歷史，也可以參考筆者以往的流星文章: http://home.dcilab.hinet.net/lcchen/meteor.htm。

今年11月17日、18日適逢週休二日，多請一天休假到預測的極大期19日，且月齡分別為初三、初四與初五，當獅子座流星雨輻射點升起時，月光已經不影響觀測。且根據1999年的經驗，即使在主要的流星暴雨過後十三四個小時後仍出現類似復活般的ZHR=180情形，以及ZHR保持仍在1000以上持續一小時的記錄.ZHR在主要極大值附近超過一天仍有50以上，所以在預測極大期的前後幾天仍應注意觀測。當然也有可能這些預測槓龜或失靈，畢竟流星雨的預測還在發展與改進中。如果此次新聞炒得過熱，也許會發生類似1998年墾丁等地想目睹流星雨盛況的人兒塞在車陣的情形，希望大家有都有好的觀測天氣與紀錄，也提醒新加入的朋友注意手電筒以及車燈等，避免人工光害影響到愛星人的觀測。

作者簡介

服務於中華電信數據通信分公司，國際流星組織會員，個人天文網站網址: http://home.dcilab.hinet.net/lcchen/511qch01.htm曾獲NII終身學習網社會組特優，蕃薯藤搜尋引擎推薦，自由時報，衛普電腦台來來玩網節目與中國時報報導

參考資料:

1.Rainer Arlt，"Leonid Observing Hints for 2001"，WGN-bimonthly journal of the International Meteor Organization，29-4，August 2001
2.Rainer Arlt and Marc Gyssens ，"Bulletin 16 of the International Leonid Watch:Results of the 2000 Leonid Meteor Shower"， WGN-bimonthly journal of the International Meteor Organization，28-6，December 2000。
3. Rainer Arlt, Luis Bellot Rubio, Peter Brown, and Marc Gyssens ，"Bulletin 15 of the International Leonid Watch:Results of the 1999 Leonid Meteor Shower"， WGN-bimonthly journal of the International Meteor Organization，27-6，December 1999。
4. Rainer Arlt and Peter Brown，"Bulletin 14 of the International Leonid Watch: Visual Results and Modelling of the 1998 Leonids "， WGN-bimonthly journal of the International Meteor Organization，27-6，December 1999。
5. Joe Rao，"Leonids 2001:The Saga Continues"，Sky & Telescope ,November 2001。
6. Esko Lyytinen， Markku Nissinen & Tom Van Flandern，"Improved 2001 Leonid Storm Predictions from a Refined Model"， WGN-bimonthly journal of the International Meteor Organization，29-4，August 2001
7. Edited by Jurgen， Rainer Arlt and Alastair McBeath，"Handbook for Visual Meteor Observers"，3/e， International Meteor Organization
8. Jurgen Rendtel， "Handbook for Photographic Meteor Observations"， International Meteor Organization
9. 陳立群，"獅子座流星雨"，天文館期刊創刊號，台北市立天文科學教育館。

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