12月14日
一年一度的双子座流星雨
在北京时间20时44分
达到最大值
根据国际流星组织(IMO)的预报
在最理想的条件下
每小时可有上百颗流星
任君观赏
（2017年12月14日双子座流星雨，摄于四川甘孜州康定县甲根坝乡雅哈垭口，摄影师@罗弘扬）
▼
在地球约46亿年的岁月中
实际上每天都有大小不一的星体
在向地球坠落
它们微小时
可以装点地球的夜空
（2022年5月4日，广东河源野猪嶂，流星划过夜空，摄影师@唐柏鸿）
▼
巨大时
则可以摧毁地球上的生命
（请横屏观看，四川自贡恐龙博物馆展出的恐龙标本，摄影师@张艳）
▼
但令许多人更加难以置信的是
在更加久远的过去
它们还可能为地球带来水和氨基酸
极有可能促成了生命的诞生
甚至我们今天的地球
也是由大大小小、难以计数的星体
组合而成
真可谓
你我皆星尘
（请横屏观看，2020年12月双子座流星雨，摄于泸沽湖，摄影师@阿五在路上）
▼
要想真正了解流星雨
揭开这些太阳系浪子的终极秘密
我们需要和人类的探测器一起登陆小天体
但首先
我们需要从一片星云说起
01
浪子的诞生
寰宇起于毫末
大约46亿年前
太阳系还仅仅是
一片由尘埃与气体构建的原始星云
（2020年12月12日，流星划过猎户座大星云和马头星云，摄于云南泸沽湖，摄影师@杨晋）
▼
之后
在引力的作用下
星云开始坍缩
无数的尘埃与气体凝聚在一起
逐渐在中心形成了一个巨大的天体
质量居然占到整个星系的99.86%
它就是
太阳
而余下的部分也在聚集
其中较大的八个个体
清除了同一轨道上的竞争者
或将竞争者纳入自己的身体
或将它们捕获成为卫星
这便是
八大行星
八大行星的质量
又包揽了余下星系质量的
99%
（太阳和八大行星，制图@郑伯容/星球研究所）
▼
而太阳系余下的
约0.002%的质量
是数不尽数的尘埃
是大小不一的碎片
是在行星成长竞争中的失败者
更是太阳系的流浪者
（冥王星质量仅为月球的1/6，因无法清除轨道上的竞争者，而被踢出了行星行列，被称为“矮行星”，图片来源@NASA)
▼
它们飘散在冰冷的太空中
有的分散海王星的外围
是地球到太阳平均距离的30倍以上
被称为柯伊伯带
还有的分散在
太阳系的尽头
在地球与太阳平均距离数千至数万倍的地带
被称为奥尔特云
耀眼的太阳和八大行星
以及
众多不起眼的小天体
众多遥远的流浪者
这才是我们太阳系的
真实面貌
（太阳系结构示意，柯伊伯带和奥尔特云的命名都来自他们的研究者的名字，冥王星即位于柯伊伯带，制图@郑伯容/星球研究所）
▼
但是
一些特别的力量
却让这些看似遥远的流浪者
依然可以时不时与我们交汇
出现在我们的生活中
这究竟是一种
什么力量？
02
星尘之路
汉代古籍《淮南子》曾记载
3000多年前武王伐纣时
夜空中出现了一颗
拖曳着长长尾巴、类似扫帚的星体
（“手捧”新智彗星，2020年7月18日摄于内蒙古阿拉善腾格里沙漠，摄影师@古蒂）
▼
这类星体不断出现
以致在2000多年前的马王堆汉墓里
更是直接画出了20多种图样
它们便是
彗星
（马王堆汉墓中的部分彗星样式，彗字最早意为扫，或扫的工具扫帚，摄影师@鞠骁）
▼
彗星并非地球的近邻
而是往往来自
遥远的柯伊伯带和奥尔特云
在太阳系刚刚诞生的数亿年间
行星的轨道尚不稳定
木星、土星、天王星、海王星
四颗巨大的外行星
在复杂的引力作用下
变换着轨道
（早期太阳系的行星大迁移假说示意，目前该理论仍存有一定争议，制图@王申雯/星球研究所）
▼
在这个过程中
一些小天体被行星的引力
向弹弓一样向外甩出
它们的运行轨道
也因此变成细长的椭圆形
大部分时间位于
太阳系冰冷的边缘
要经历漫长的旅途
才能再次接近太阳和地球
（哈雷彗星轨道示意，制图@王申雯/星球研究所）
▼
这也导致它们在人类眼中
每隔数年、数百年，甚至更长时间
便会短暂出现在夜空中
然后再次消失在人们的视线中
呈现强烈的周期性
1695年
洞悉了这种周期性的英国物理学家哈雷
准确地预测出一颗彗星的回归时间约为76年
这颗彗星因此得名
哈雷彗星
（1986哈雷彗星回归时的照片，图片来源@视觉中国）
▼****
1950年代
美国天文学家惠普尔
第一次准确描述了彗星的结构
一个冰与石混合的**“脏雪球”**
正因为如此
它们在靠近太阳时
因温暖而升华
往往散发出大量的气体与尘埃
好似拖着长长的尾巴
（彗星的一般结构图，通常由彗核、彗发和彗尾构成。图为新智彗星，摄影@林子轩，制图@王申雯/星球研究所）
▼
而当地球恰好进入尘埃所在的轨道时
众多尘埃不断在地球大气层中发光发热
星坠如雨
是为流星雨
（流星雨成因示意，制图@王申雯/星球研究所）
▼
这些尘埃在进入大气层时
往往平行且速度基本一致
但因为透视变形的影响
在人类的眼中
同一场流星雨就像是从同一个点发出的
即为辐射点
人们也因此
根据辐射点所在位置的星座
为流星雨命名
（请横屏观看，2018年12月16日双子座流星雨，摄于四川阿坝州达格则。流星似乎是从同一点射出，摄影师@蒋涛）
▼
每年8月12日前后
斯威夫特-塔特尔彗星的碎片
为我们带来
英仙座流星雨
（请横屏观看，2021年8月14日英仙座流星雨，摄于青海小柴旦湖。摄影师@瞿晓峰）
▼
每年11月17日前后
坦普尔-塔特尔彗星的碎片
为我们带来
狮子座流星雨
（2022年11月18日狮子座流星雨，摄于海南三亚，摄影师@罗弘扬）
▼
而1833年11月13日晚
也正是狮子座流星雨
为人类带来了历史上
可能最大的一场流星雨
每小时超过上万颗流星滑过夜空
（描绘1833年狮子座流星暴雨的艺术作品，图片来源@wikimedia commons）
▼
但从遥远的寒夜访问地球的
不只是彗星
1766年
有天文学家经过计算后推测
火星和木星之间应该还有一颗行星
但后来人们的观测证实
这里密布着大量小行星
它们由岩石和金属组成
直径从数米到1000千米不等
由于木星强大引力的干扰
无法凝聚成更大的天体
只能漫天散布、各行其是
是为小行星主带
（小行星主带位置示意，制图@王申雯/星球研究所）
▼
此外
还有约10%的小行星
分布在太阳系的其他区域
在太阳光压的作用下
一些小行星同样会逼近太阳和地球
释放尘埃并形成流星雨
例如编号3200的小行星
它的轨道近日点是如此接近太阳
以至于表面温度会升高到750℃
展现出与彗星相似的性质
在其轨道上散落
并在每年12月14日前后
为我们带来双子座流星雨
（小行星3200的艺术想象图，因为接近太阳，而又名为法厄同，希腊神话中的太阳神之子，图片来源@NASA）
▼
而每年1月3日左右
编号196256的小行星还为我们带来
象限仪座流星雨
（请横屏观看，2019年1月象限仪座流星雨，摄于陕西延安。该小行星性质尚不清楚，可能为彗星残留形成，图片来源@视觉中国）
▼
象限仪座、英仙座、双子座流星雨
并称三大周期性流星雨
而目前已有命名的流星雨
更是高达1000多个
（北半球全年主要流星雨，摄影师@龍柏山人，制图@王申雯/星球研究所）
▼
但是
那些从遥远世界闯入我们夜空的星体
不仅仅只是制造星空盛宴
它们惊人的能量
足以影响我们的生活
甚至生死
03
天地碰撞
1908年6月30日晨
俄罗斯西伯利亚的通古斯河畔
一个巨大的火球划过天空
并发生空爆
威力相当于2000万吨TNT炸药
造成400km范围内的树木倒伏或焚毁
其罪魁祸首到底是小行星还是彗星
亦或是极其罕见的陨冰
现在已难下定论
（如今看似平静的通古斯地区，在百余年前发生了规模空前的大爆炸，图片来源@视觉中国）
▼
而1994年7月
苏梅克-列维9号彗星撞击木星
则给人类提供了千载难逢的机遇
首次全程观测太阳系天体撞击事件
这次撞击在木星表面
留下了一连串的痕迹
其中最大的与地球表面积相仿
释放的能量
更是达万亿吨级TNT当量
（1994年7月18日，哈勃太空望远镜在撞击发生后拍摄的撞击痕迹，图片来源@NASA）
▼
近年来持续进行的科学研究
更是给我们提供了详细的
各类小天体撞击地球的毁灭记录
在太阳系形成初期
行星们不断变换轨道的同时
无数小星体在引力的作用下
飞向太阳系内部
犹如一场劈头盖脸的 “洗礼 ”
几乎重塑了地球的地貌
并在与地球相伴的月球上
留下了无数的撞击坑
（请横屏观看，满是撞击坑的月球，该事件被称为“后期重轰炸”，摄影师@黄一骏）
▼
幸运的是
那时的地球还不像今天一样生机勃勃
但这并不是最后一次
6600万年
一颗直径约10km的小行星
在今天的墨西哥湾留下了
直径约180km的撞击坑
这很可能是导致当时的霸主恐龙
（严格来说是非鸟恐龙）
被一波带走的重要原因之一
（同一时期是否发生了其他小行星撞击事件目前尚存争议，而当时的恐龙群体已经较为脆弱，而鸟类的祖先得以幸存。图为墨西哥尤卡坦半岛的陨石坑示意，目前关于恐龙灭绝的原因仍有争议，制图@郑艺/星球研究所）
▼
1.29万年前
一场长达1000多年的大规模降温席卷全球
并促使一众大型动物种群减少或灭绝
包括我们所熟知的猛犸象、剑齿虎等
有科学家认为
这可能是由小行星撞击所致
（该事件被称为新仙女木事件，这种生长在寒带的植物，在当时大肆南侵，也有观点认为该事件与洋流有关，下图为不同种类的猛犸象复原示意，制图@陈志浩&汉青&王申雯/星球研究所）
▼
但事物的影响
总是一体两面
气温降低与大型兽类减少
也引发人类食物匮乏
一些人“被迫”放弃单一的狩猎与采集生活
开始尝试种植作物
农业
从此开启了人类文明的新篇章
（广西龙胜梯田秋景，摄影师@王志荣）
▼
造访地球的天体
也的确带来了许多积极的影响
有理论认为
在地球早期
无数小天体尽情蹂躏地球表层时
也为地球带来了生命之源
水
（地球上水的来源尚有争议。赛里木湖秋季风光，摄影师@蒋晨明）
▼
还有各类氨基酸
甚至还有磷
对生命起源也都是至关重要的元素
（1969年人们目睹了澳大利亚默奇逊地区的陨石降落，在该陨石中发现了地外起源的非生物合成氨基酸，可证明是非生物因素产生，图片来源@视觉中国）
▼
此外
人类最早制作的铁器
也来源于陨石中的陨铁
因其形态独特
比一般铁矿更易于发现和利用
从而成为人类铁器的起点
（藁城台西商代遗址出土的我国最早的铁器——铁刃铜钺，铜钺刃部的铁为陨铁。图片来源@视觉中国）
▼
1953年
科学家还利用铁陨石
第一次准确知道了地球的年龄
45.5亿年（±0.7亿年）
铁陨石的形成过程与地核一致
它们的年龄基本可以等同于地球的年龄
而其中的铀同位素会衰变为铅
而不同铀的半衰期不同
衰变成为的铅同位素也有所不同
这好似岁月的时钟
只需测得铁陨石中不同铅同位素的比例
便可知大地的沧桑几何
（测出该数据的加州理工学院教授帕特森后来还成为铅污染防治的先驱，图为巴林杰陨石坑，图片来源@视觉中国)
▼
而在南非弗里德堡撞击坑
周围还出产黄金等诸多矿产
这也与天体撞击有关
（其具体机理还存在一定争议，南非弗里德堡撞击坑地形，制图@郑艺/星球研究所）
▼
可见
这些太阳系的浪子
对地球的生命和人类的影响
是何等重要
在它们闯入地球的同时
我们也需要走出去
奔向星尘
去揭开它们更多的秘密
04
奔向星尘
1986年
借着哈雷彗星回归的契机
一支包含美苏日欧六艘探测器在内的
“哈雷舰队”相继升空
人类第一次以596km的超近距离
观测彗星的真面目
（欧洲宇航局乔托号拍摄的哈雷彗星彗核，图片来源@ESA）
▼
2004年
美国星尘号探测器
成功飞掠维尔特二号彗星
并于2006年将彗星气体和尘埃样品带回地球
（星尘号，图片来源@NASA）
▼
2019年
日本隼鸟2号探测器
成功登陆一颗名为龙宫的小行星
并于2020年由回收舱将样品带回地球
在其中发现了多种氨基酸
这是目前最确凿的地外氨基酸证据
（隼鸟2号探测器落地后取出样品，图片来源@JAXA）
▼
2022年9月27号
NASA的一艘重达600kg的探测器
主动撞向小行星迪莫菲斯（Dimorphos）
（请横屏观看，小行星防御任务图示，制图@王申雯/星球研究所）
▼
并改变了小行星的轨道
完成人类首次小行星改道任务
未来面对小天体撞击的威胁
人类将不再是手无缚鸡之力
而中国也将加入这场角逐
2012年12月13日
嫦娥二号以3.2km的最近距离
飞掠小行星图塔蒂斯
2022年4月24日中国航天日
国家航天局宣布
将启动小行星防御计划
2025年
天问二号将奔向
小行星2016HO3和彗星311P
（研究表明2016HO3是地球的准卫星，图为该小行星的艺术想象图，图片来源@NASA）
▼
我们已经越来越接近
这些太阳系浪子的终极秘密
2016年4月
在全国中学生天文奥林匹克竞赛
国家队选拔赛的赛场上
一道题目令所有选手猝不及防
（第四题：马门溪龙看见的恒星-低年级与高年级组）
▼
一颗绝对星等为-3.5等的恒星，在良好观测条件下，勉强能够被生活在今天的地球上的视力正常的人用肉眼看到。如果这颗恒星也刚好能被恐龙时期的马门溪龙勉强看到，请你用适当的公式和数值推演说明，这颗恒星应经历了怎样的变化，并详细说明原因
马门溪龙最早于1954年在四川发现
体长可超过20米
其中的中加马门溪龙
更是世界上脖子最长的恐龙
这是一道没有标准答案的开放题
但却提醒我们
曾经的地球霸主恐龙也曾抬头望天
看流星划过天际
直到目睹小行星撞击后
交出霸主宝座
（重庆自然博物馆展出的合川马门溪龙，摄影师@王啸）
▼
恐龙灭绝的6600万年后
银河系猎户悬臂之上
一颗小小的主序星太阳旁
环绕它的小小小小暗淡蓝点之中
一种名叫人类的智慧生命
依旧抬头望向这片恐龙仰望过的星空
（2022年7月27日，深圳天文台上空一颗火流星划过银河，摄影师@陆不喝）
▼
不同的是
人类要从这小小的暗淡蓝点发出
向着宇宙的四方飞去
征途虽远
甚至没有返程
但你我本就皆为星尘
（旅行者一号拍下的著名照片“暗淡蓝点”，圈内的光点为地球，图片来源@NASA）
▼
————后记————
尽管我们中的绝大多数人
还无法奔向星空
那个我们来自的地方
但我们的思想与想象却可以超脱时空的限制
奔向宇宙的边疆
2022年11月24日
国家航天局启动面向全社会的
深空探测重要科学问题全球征集活动
不管是专业人士或是喜欢仰望星空的你
如果你有好的点子和对宇宙洪荒的好奇心
不妨一试
本次征集至2023年1月31日止
大家可点击文末的阅读原文查看详情
（奔向宇宙，我们已经迫不及待，2015年12月20日双子座流星雨，摄于国家天文台河北兴隆观测站，摄影师@Steed）
▼
（向着长流星，许愿吧！请横屏观看，超长掠地流星，2021年6月12日摄于乌兰布统，摄影师@申然）
▼
本文创作团队
撰文：林萱文
编辑：所长
图片：周昫光
设计：王申雯
审校：云舞空城/窦婧
封面摄影师：瞿晓峰/叶人豪
专家审校：haibaraemily
P.S.一般的流星雨观测无需望远镜，在少光污染，开阔无云的地方观测即可。不必紧盯辐射点或某一片天。
P.P.S:马门溪龙最早发现于四川宜宾的马鸣溪渡口，由于发现人，著名的古生物学家杨钟健院士（也是笔者的陕西老乡）口音较重，工作人员误记录为马门溪，由此得名。杨先生还曾经作诗一首：“头小颈长身躯大，尾巴长的更可怕。身长约有十三米，体重更是不成话。”
【参考文献】可上下滑动查看
DeMeo, F., Carry, B. Solar System evolution from compositional mapping of the asteroid belt. Nature 505, 629–634 (2014).
Gomes, R., Levison, H., Tsiganis, K. et al. Origin of the cataclysmic Late Heavy Bombardment period of the terrestrial planets. Nature 435, 466–469 (2005).
Moore, A.M.T., Kennett, J.P., Napier, W.M. et al. Evidence of Cosmic Impact at Abu Hureyra, Syria at the Younger Dryas Onset (~12.8 ka): High-temperature melting at >2200 °C. Sci Rep 10, 4185 (2020).
Morbidelli, A., Levison, H., Tsiganis, K. et al. Chaotic capture of Jupiter's Trojan asteroids in the early Solar System. Nature 435, 462–465 (2005).
PattersonC C. Age of meteorites and the earth. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1956,10(4): 230-237.
Plane J , Feng W , Douglas K M . Phosphorus Chemistry in the Earth's Upper Atmosphere[J]. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2021.
Schmitz B, Farley K A, Goderis S, et al. An extraterrestrial trigger for the mid-Ordovician ice age: Dust from the breakup of the L-chondrite parent body[J]. Science Advances, 2019, 5(9): eaax4184.
Tsiganis, K., Gomes, R., Morbidelli, A. et al. Origin of the orbital architecture of the giant planets of the Solar System. Nature 435, 459–461 (2005).
Zhang, T., Xu, K. & Ding, X. China’s ambitions and challenges for asteroid–comet exploration. Nat. Astron. 5, 730–731 (2021).
埃里克・蔡森, 史蒂夫・麦克米伦, 蔡森,等. 今日天文:太阳系和地外生命探索[M]. 机械工业出版社, 2016.
戴文赛, 胡中为, 阎林册,等. 太阳系演化学.下册[M]. 上海科学技术出版社, 1986.
戴文赛. 太阳系演化学 上[M]. 上海科学技术出版社, 1979.
弗拉马里翁. 大众天文学[M]. 北京大学出版社, 2013.
侯琨. 20世纪50年代以来天体生物学的起源、发展与建制化[D].上海交通大学,2020.
胡中为, 萧耐园. 天文学教程-第2版[M]. 高等教育出版社, 2003.
胡中为 赵海斌.太阳系考古遗存-小行星[M].北京:科学出版社,2017.
胡中为.新编太阳系演化学[M]. 上海科学技术出版社, 2014.
胡中为.星空的流浪者：彗星[M].北京:科学出版社,2016.
卡尔·萨根. 暗淡蓝点[M]. 人民邮电出版社, 2014.
刘晓勤. 《申报》中的天文知识传播研究[D].上海交通大学,2019.
刘学富. 基础天文学[M]. 高等教育出版社, 2004.
欧阳自远.20亿年前小行星撞击地球的遗址——南非弗里德佛撞击坑初探[J].自然杂志,1997(04):193-195.
丘亮辉.我国早期的铁刃铜钺(兵器)[J].北京钢铁学院学报,1980(03):2-126.
席泽宗.马王堆汉墓帛书中的彗星图[J].文物,1978(02):5-9.
徐伟彪.天外来客-陨石[M].北京:科学出版社,2015.
杨春燕. 马门溪龙科的系统演化[D].成都理工大学,2014.
叶泉志. 业余天文学在中国:现状与未来[J]. 天文研究与技术, 2018, 15(2):12.
伊恩·里德帕思. 恒星与行星[M]. 中国友谊出版公司, 2007.
以及《天文爱好者》杂志2016年第8期，NASA/JAXA/ESA/IMO（国际流星组织）网站
2022-12-26
扫码下载APP
科普中国APP
科普中国
科普中国
京公网安备11010202008423号