流星的“声音”

   人们总是对流星雨充满了浪漫的想象。想看流星雨，一般要去远离光污染的郊外，但是在城市生活的我们，年年都听说有流星雨，但就是从来没有见到过。 

（图片来源：网络截图）

    如果你缺少特意跑到郊外看流星的“追星”热情，又想趁此机会浪漫一下，怎么办？或许你可以闭上眼睛，用另外一种方式感知流星，听流星的“声音”。

流星雨从哪里来

    流星雨来自太阳系中某些彗星、小行星的碎片。这些星体运行在大椭圆轨道上，几十年至上百年绕太阳一周，当它们接近太阳时，受到太阳风的作用会喷射出大量颗粒。这些颗粒直径介于100微米至10米之间，密度、质量很低（0.1～0.5 g/cm³），含有钠、锂、铁、镁、铝、钙等多种元素。在几个世纪的时间内，这些颗粒在彗星或小行星的轨道附近形成一条广阔的尘埃带。

    每当地球穿越这些尘埃带时，彗星或小行星的碎片以18km/s的平均速度投射进地球大气，流星雨就会降临地球。由于地球轨道与尘埃带之间的方位是固定的，因此在夜空上看来流星雨似乎是从同一个位置投射出来，流星雨的名字就用辐射中心处的星座命名。 

图1  地球在彗星留下的流星体带中穿行而过

    例如每年12月中旬，地球会从小行星Phaeton产生的碎片带中穿行而过，在观测条件好的情况下，以双子座为中心，平均每小时能看到120颗流星，这就是双子座流星雨。

    那么我们要如何才能听到流星呢？这要从我们熟悉的收音机说起。

高层大气电离 传播电波信号

    距地表60公里至几千公里的高层大气被太阳紫外线电离，称为电离层。电离层能够反射频率低于30MHz的短波无线电波。电波在地面和电离层之间来回反射，可以传播到上千公里之外。

    常听广播的朋友可能会注意到，收音机可以接收到的广播频段分为两种，一种是频率比较低（3-30MHz）的AM调幅广播，另一种为频率较高（87.5-108MHz）的FM调频广播。AM调幅广播就是利用电离层反射的方式传播的。条件好的情况下，来自大洋彼岸的AM广播都能被接收到。一般来讲，电离层只能反射低频的无线电波。频率较高的FM调频广播不会受电离层反射，在大气层中只能沿直线传播。由于广播信号受地平线阻挡，传播距离会大大缩短。正因为如此，收音机通常只能接收到同城几十公里以内的FM广播信号。

图2 电离层反射无线电波

    流星“转播”声音的原理与电离层传播AM广播信号的原理类似。当流星雨来临时，大量的流星体在电离层底部与大气作用，烧蚀殆尽，留下一道道被电离的轨迹。这些轨迹可能有几十公里长，位于距离地面80~120公里的高度上，称为流星余迹。流星余迹增大了低层电离层的电子、离子密度。在一些情况下，流星余迹会像电离层对AM无线电波的作用一样，反射高频率的FM无线电波。这样我们就能突然听到由流星带来的远方电台的声音。

图3 流星产生余迹（图来自网络）

 一起来“听”流星雨 

    怎样收听流星“转播”的FM广播呢？首先我们需要找到一个目标电台。由于流星余迹的高度在100公里左右，它能够“转播”的电台与收听者的距离需要在1000至2000公里之间。我们可以拿出中国地图，在距离本地1000至2000公里之间找一个大城市，上网查询一下这个城市热门的广播电台频率。电台功率越大，收听到的几率也就越大。选择一个跟本地电台频率不冲突的电台，把收音机调到这个频率上。

    如果你足够幸运，当一颗流星幸运地出现在收听者和电台的正中间时（距离我们500至1000公里处），收音机里的“嘶嘶”声会突然变为电台节目的声音。由于流星尾迹在几秒的时间内快速消散，信号就会消失，收音机里很快会又会变回无信号的状态。如果这颗幸运流星迟迟不出现，我们还可以试试其它方向的电台，碰碰运气。

    为我们“转播”节目的流星一般离我们很远，位于地平线附近，因此是看不到的，只能通过这种方法听到它们的“声音”。这一现象称为流星突发通信。它可使半径2000 km 以内的两个点之间短暂达到通信条件，而不需要中继器的帮助。实际上，更多情况下流星雨对电波通信的影响是负面的。流星尾迹的等离子体可能引起不规则反射和漫反射，改变电波传播的路径、分散电波的强度，降低通讯质量。例如在1966 年超大规模的狮子座流星雨来临时，流星尾迹造成电离层电子密度上升了100倍，电波传播被严重破坏。流星雨的精确的预报一般参考国际流星组织(IMO)的年度流星雨日历，每年6-8月以及10-12月均有较大的流星雨出现。

    下次流星雨来临时，虽然在城市中难以一睹流星的阵容，但可以打开收音机，试试收听流星的“声音”，想想也是非常浪漫呢~