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一颗流星…从太空看的样子!

在国际空间站上目睹壮观的英仙座流星雨,罗恩·加兰拍摄了流星在大气层中燃烧的画面。

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宇航员罗恩·加兰目前正在国际空间站上。他正在透过窗户拍摄我们美丽的家园——能说出这样的话,是不是很酷?——这时他拍下了这张令人惊叹的照片,展示了一颗流星在大气层中燃烧的景象:

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哇![点击放大]。从上方往下看流星是多么酷啊?(根据照片的头部信息)他于8月13日晚上7:17(协调世界时)拍摄了这张照片,当时国际空间站位于蒙古/中国边境上空。这是在一年一度的英仙座流星雨期间,但也不能保证罗恩看到的这颗流星就是英仙座流星。不过,它很可能是。对于地球上的观察者来说,英仙座流星雨每小时大约会落下60颗。而随机出现的宇宙尘埃碎屑,每小时大约能看到5颗。所以,只有12颗流星中有1颗不是真正的英仙座流星,这使得这颗流星很可能就是英仙座流星。但这让我开始思考……[警告:后面有数学内容。有趣、美味、清爽的数学,将带来洞察、惊奇、潜在的派对谈资(假设你参加和我一样的宅男派对)以及其他妙趣横生的东西。]

流星在大约100公里(60英里)的高度的大气层上方燃烧。为了简化计算,我们假设它们恰好在那高度燃烧,任何进入的流星都会撞击这个屏障并蒸发。你可以把它想象成围绕地球100公里高处的一个稀薄的空气壳,就像一个力场,或者更像是雨水击打(毕竟这是流星,哈!)并瞬间停止的雨伞。当你直视天空时,这个屏障就在你头顶正上方100公里处。当你望向地平线时,这个距离实际上是略超过1000公里,因为大气层遵循地球的曲线(你可以在上面的图表中对此有所了解)。这个雨伞的顶部在100公里高处,向两侧延伸超过1000公里。然而,从约350公里高的轨道上的空间站向下看,可以看到更多的大气层,因为空间站的位置更高(就像爬到建筑物顶端可以看到更远的地方一样)。这额外看到的区域大约是从地面看到的“流星雨伞”区域的两次。所以,从国际空间站看,在给定时间内,你会看到大约是地面上看到的流星数量的两倍(请注意,我并不想非常精确,只是粗略估算一些事情。任何愿意进行正式数学计算的人都欢迎——如果你做了,请留言!)。这意味着,如果你在英仙座流星雨期间是国际空间站上的宇航员,你应该能看到大约120颗流星,假设你的视野四周都清晰——实际上,空间站本身会阻挡你很大一部分视野。但即便如此,从那里看风景更好。关键是,你也会看到更多的随机流星,所以12颗英仙座流星与1颗随机流星的比例应该大致相同!所以,无论你怎么计算,照片中的流星很可能是一颗真正的、合法的英仙座流星。正如你在照片中所见,这颗流星在国际空间站看到的景象中非常接近地平线。这意味着它相当遥远,有1500公里(900英里)甚至更远。这很远,尤其是当你发现一颗典型的英仙座流星比沙粒还小的时候!正是它们高达40-60公里/秒的巨大速度赋予了它们如此高的能量,使其在大气层中发出明亮的光芒。

尽管如此……这让我开始思考国际空间站被流星击中的可能性,我意识到答案是:非常小。再次想象一下你头顶上流星燃烧的雨伞。它有大约400万平方公里的表面积。然而,在这个广阔的区域里,每小时只看到60颗流星!从统计学上讲,这意味着每小时,这个雨伞的每平方公里应该会“接收”到0.000015颗流星。这大约是每8年一颗!空间站的面积也远小于一平方公里,所以它被英仙座流星击中的几率大概是那个小数字的千分之一。反过来,这又意味着——再次强调,仅仅是统计学上的粗略估计——空间站大约每8000年会被英仙座流星击中一次。即使考虑到每年有许多次流星雨,它被击中的几率也很小。不过,确实有一颗卫星在1993年因为英仙座流星的撞击而失踪,所以并非闻所未闻。但国际空间站配备有装甲,可以抵御像摧毁那颗卫星的那种较小的撞击,因此宇航员的危险大大降低。但这正是我所期望的!毕竟,空间站已经绕地球运行多年,至今尚未被任何流星大小的物体击中。它比来自深空的任何东西的危险都来自于人造轨道碎片;事实上,过去它实际上曾被移动以避开更大的碎片。所以,这样一来就很好:流星对宇航员来说不是统计学上的大风险,而且我们还能看到像这张一样令人难以置信的镜头。我很高兴数学站在我们这边!

图片来源:NASA。太空梭被流星击中的图片来自电影《决战异次元》,如果你好奇的话。我用我无与伦比的Photoshop技能绘制了令人惊叹的地球和大气层曲线图。感谢Universe Today,他们有一个精彩的英仙座流星雨图片集


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