Метеорный поток

Ядра комет состоят в основном из замороженных газов (водяной, углекислый, аммиачный, метановый и другие льды), смешанных с пылью и более крупными каменистыми фрагментами^[6][7]. Если комета в процессе орбитального движения периодически приближается к Солнцу на достаточно небольшое расстояние, она нагревается и замороженные летучие соединения, связывающие тугоплавкие фракции в её ядре, испаряются. В результате тугоплавкие частицы теряют связь с ядром кометы и начинают двигаться независимо от него вдоль устойчивой орбиты, образуя метеороидный рой^[8] (рис. 1). В молодом метеороидном рое частицы сосредоточены в ограниченном объёме пространства, образуя сгущение на определённом участке орбиты. С течением времени под действием солнечного излучения, гравитационных возмущений со стороны планет и других факторов метеороидный рой растягивается вдоль всей орбиты, расширяется и, в конце концов, распадается^[1]. Если при своём годичном движении вокруг Солнца Земля проходит через метеороидный рой (вследствие пересечения их орбит), то составляющие его частицы вторгаются в земную атмосферу на больших скоростях (20—70 км/с^[9]), нагреваются и сгорают в ней, порождая множество метеоров, называемое метеорным потоком (часто метеорным потоком называют и сам метеороидный рой, порождающий данный метеорный поток)^[1].

Это представление подтверждается тем, что орбиты некоторых метеороидных роёв очень близки к орбитам существующих или существовавших в прошлом комет. Например, метеорные потоки Ориониды и Эта-Аквариды связаны с кометой Галлея^[10][11], Леониды — с кометой 55P/Темпеля — Туттля^[4], а Лириды происходят от кометы Tэтчep (C/1861 G1)^[12]. Интересные случаи представляют собой Геминиды и Квадрантиды, которые, предположительно, происходят от фрагментов не комет, а астероидов (3200 Фаэтон и 196256 2003 EH₁ соответственно)^[13][14].

Метеорные потоки могут наблюдаться в течение промежутка времени от нескольких суток до нескольких недель, а количество видимых невооружённым глазом метеоров может составлять от нескольких единиц до нескольких сотен или даже тысяч в час. Траектории метеоров одного потока почти параллельны друг другу, поэтому в проекции на небесную сферу они кажутся выходящими из небольшой её области, называемой радиантом метеорного потока^[1] (рис. 2). Большинство метеороидных роев занимают чётко определённые постоянные орбиты в космическом пространстве, из чего вытекают два следствия: 1) метеорные потоки наблюдаются периодически каждый год в строго определённое время года, когда Земля проходит точку пересечения орбит Земли и роя; 2) каждый год радиант потока приходится на одну и ту же область небесной сферы. Если метеорный поток наблюдается в течение нескольких суток, в это время его радиант может смещаться по небесной сфере относительно звёзд (т. н. суточное смещение радианта). Это связано с тем, что вследствие кривизны орбит Земли и метеороидного роя со временем меняются условия встречи Земли с частицами роя^[15]. Некоторые молодые метеорные потоки могут не иметь постоянной ежегодной активности, что обусловлено компактной структурой молодого метеороидного роя, ещё не успевшего растянуться вдоль всей орбиты. При встрече с Землёй с такими компактными сгущениями метеороидов в её атмосфере возникают метеорные дожди — кратковременные метеорные потоки с очень большим числом появлений метеоров (до нескольких сотен в час). Этим же объясняются вариации активности метеорных потоков в различные годы^[1].

Не следует путать понятия метеорный поток (или метеорный дождь) и метеоритный дождь. Метеорный поток состоит из метеоров, которые сгорают в атмосфере и не достигают земли, а метеоритные дожди — из метеоритов, которые падают на землю.

Обычно метеорные потоки получают названия по созвездию, в котором находится их радиант (например, Леониды, Персеиды)^[16]:90. Если в одном созвездии расположены радианты нескольких метеорных потоков, то к названию добавляется обозначение ближайшей к радианту яркой звезды созвездия^[10] (например, Альфа-Аквариды, Бета-Аквариды, Дельта-Аквариды, Эта-Аквариды)^[17] или название месяца, в котором наблюдается активность данного потока (например, апрельские Лириды, июньские Боотиды). Иногда наименование метеорному потоку даётся по названию кометы, которая является родоначальником метеороидного роя, порождающего данный метеорный поток (например, Биэлиды – метеорный поток, родительскими телом которого является комета 3D/Биэлы; Понс-Виннекиды – метеорный поток, происходящий от кометы 7P/Понса — Виннеке)^[1].

Каждый метеорный поток описывается собственным набором характеристик, к которым относятся:^[18][19][13]

• элементы орбиты соответствующего метеороидного роя: большая полуось (a), эксцентриситет (e), наклонение (Incl, i), долгота восходящего узла (Node, Ω), аргумент перицентра (Peri, ω);
• скорость метеороидов относительно Земли (геоцентрическая скорость, обычно составляет несколько десятков км/с);
• экваториальные координаты радианта на небесной сфере: прямое восхождение (RA, α) и склонение (DE, δ) — средние значения и суточное смещение;
• период активности метеорного потока, характеризуемый солнечной долготой (англ. solar longitude, SL) — эклиптической долготой Солнца в это время года^[20];
• зенитное часовое число (англ. zenithal hourly rate, ZHR), характеризующее максимальное количество метеоров, которое можно наблюдать в течение одного часа при идеальных условиях;
• популяционный индекс яркости (r) — величина, описывающая распределение метеоров по звёздной величине и равная отношению числа метеоров звёздной величины (m + 1) к числу метеоров величины m^[21].

Метеоры отличаются друг от друга цветом в зависимости от того, какие металлы входят в состав попавшего в атмосферу метеороида: железные пылинки светятся жёлтым, натрий даёт оранжево-жёлтый свет, никель — синий, магний — сине-зелёный, а ионизованный кальций — фиолетовый; входящие в состав атмосферы азот и кислород светятся красным. Итоговый цвет метеора зависит от того, преобладают ли выбросы атомов металла или выбросы воздушной плазмы^[22]. В спектрах метеоров наблюдаются линии излучения нейтральных и ионизованных атомов различных химических элементов: натрия, магния, алюминия, кремния, водорода, азота, кислорода и др. Спектры меторов одного потока одинаковы, но отличны от спектров метеоров другого потока^[23].

Астрономами зарегистрирован 931 метеорный поток^[24]. Однако с развитием автоматизированных средств наблюдений звёздного неба количество их сократилось. На настоящий момент имеют подтверждение 110 метеорных потоков^[24][25] и ещё 28 являются кандидатами в подтверждённые потоки^[24].

Самое раннее упоминание о метеорном потоке было найдено в китайской рукописи от 1768 года до н. э.^[26]; более поздние упоминания содержатся в корейских, древнерусских и западноевропейских летописях^[22]. Например, первое упоминание метеорного потока Лириды датируется 687 годом до н. э. и зафиксировано в Китае^[27][28][29], в сочинении «Цзо чжуань», где отмечается, что в полночь некоторого дня 4-го месяца 687 года до н. э. «звёзды исчезли и метеоры стали падать дождём»^[30][31]:64. По китайским наблюдениям 15 года до н. э. о Лиридах говорится, что «после полуночи звёзды падали, как дождь, они погасали, не достигая Земли»^[32]:97. Большинство античных и средневековых учёных считали метеорные потоки атмосферным явлением, сторонников версии о космической природе метеоров было немного. Серьёзное изучение метеорных потоков началось лишь в XVII веке, однако выяснить причину их происхождения удалось лишь полтора века спустя^[22].

Ночью с 12 на 13 ноября 1833 года жители Западного полушария Земли стали свидетелями сверхмощного метеорного дождя Леониды, во время которого наблюдались десятки или сотни тысяч метеоров в час (рис. 3). Профессор математики Йельского университета Денисон Ольмстед обратил внимание на то, что метеоры появлялись из одной точки на небе, и сделал вывод, что их траектории параллельны друг другу, а видимое расхождение в стороны объясняется эффектом перспективы. Наблюдение навело его на мысль, что Земля проносилась через некий поток частиц в космическом пространстве; он предположил, что это мог быть пылевой след кометы. Данное событие положило начало новой научной отрасли – метеорной астрономии^[22].

В России исследования метеорных потоков и их радиантов начались в конце XIX века, а их результаты стали публиковаться в 1909 году Московским обществом любителей астрономии и Русским обществом любителей мироведения. Так, например, в конце XIX века И. А. Клейбер описал наблюдаемое смещение радианта метеорного потока относительно созвездий в течение периода активности потока и объяснил его прохождением Земли через связку орбит широкого потока^[17]. Систематические наблюдения радиантов потоков начались только в 1917 году, а с 1926 года их списки регулярно публиковались метеорным отделом Московского отделения Всесоюзного астрономо-геодезического общества^[17].

В 1945 году в Великобритании начались исследования радиантов потоков с помощью радиолокации, что позволило определять радианты дневных потоков, а также проводить наблюдения в любую погоду^[17].

В начале 2000-х годов была завершена обработка наблюдений притока метеорного вещества, проводившихся в течение многих лет с помощью метеорного радара Казанского государственного университета. Для этого была применена квазитомографическая компьютерная технология, разработанная в этом университете. Исследовались микропотоки с интенсивностью более 4 метеоров в сутки. Были построены карты распределения по Северному полушарию неба радиантов микропотоков с разрешением 2° × 2° и определены параметры их орбит. Возможности технологии проиллюстрированы на примере метеорного потока Дневные Ариетиды. Показано, что они представляют собой не один рой, а ассоциацию роёв с наклонениями, меняющимися от 15 до 40°. Диапазон изменения координат перигелия этой ассоциации оказался близок диапазону координат перигелия комет группы Марсдена^[5].

В настоящее время существует большое количество метеорных обществ и групп, публикующих результаты своих наблюдений и вычислений радиантов как крупных, так и малых метеорных потоков. Список всех потоков регулярно обновляется на сайте Центра метеорных данных Международного астрономического союза^[17].

Ниже графически представлены периоды активности некоторых визуальных метеорных потоков по данным на 2024 год^[33], в скобках — зенитное часовое число: