流星雨何时到访地球难以预测？ 科学家揭秘

【中国观察2025年05月18日讯】长久以来，流星雨何时造访地球，一直是天文学界难以预测的天文现象。近期，旨在探索宇宙中生命的起源非营利性组织SETI研究所发现，这种不确定性并非由行星随机引力造成，实际是受到运动的太阳系质心影响。
科学家发现，已知的500场流星雨中，有超过一半是由长周期彗星（LPC）引发，而它们是靠近地球轨道运行。另外，这些彗星不仅对地球构成潜在威胁，也可能危及太空船。目前，只有轨道周期少于4,000年，且有足够流星物质的长周期彗星，才能形成人们可观测的流星雨。
这些长周期彗星的轨道周期均超过200年，它们返回太阳系内时，其运行轨迹与上次存在显着不同。每当彗星靠近太阳时会散落出“流星体”（尘埃和碎屑），“流星体”沿着彗星轨道分布的松散粒子带形成“流星体流”，而这些粒子少部分会逸散，但大多会分布于彗星轨道范围内。
天文学家曾模拟长周期彗星及流星体流的轨迹，通常以太阳为中心进行预测，但结果不够准确。
这次，美国加州SETI研究所发现，长周期彗星（LPC）及其流星体流的动态演化的不确定性，主要源于移动太阳系质心的运动，而非行星随机引力造成的影响。该研究成果于4月20日发表《伊卡洛斯》（Icarus）线上期刊，并收录于詹尼斯肯斯的《地球流星雨图集》（Atlas of Earth’s Meteor Showers）中，此图书入围2025年美国出版商协会PROSE图书奖决选。
研究人员针对200多条长周期彗星留下来的流星体流，进行一套动态建模与年龄计算，以了解如何利用这些碎屑尾迹去追踪彗星本体。
过去天文学家普遍认为流星体轨道的分散，是行星引力造成。不过，该研究团队发现，太阳自身在围绕“太阳系质心”运动才是最关键的因素。该质心是太阳与所有行星共同质量的平衡点，不完全位于太阳本体内部，且基本所有行星都围绕着这个质心进行周期性旋转。
研究人员还注意到，随着太阳系质心运动“流星体流”会在地球轨道内外穿梭。当木星和土星回到轨道上的某个位置时，这些流星体流有很高概率会再次出现“流星雨”。
原因是他们发现，这种现象与木星与土星引力影响太阳绕质心运动有关。由于木星运行轨道为12年、土星运行轨道为30年，可能形成约60年（最小公倍数）的流星雨重复周期。
该研究人员表示，流星群中的流星体与太阳的相遇时间不同，使其受力不一，导致它们会随着时间的推移而出现蜿蜒分散的模样。这种随机性主要源于每颗流星体遇到太阳时，受到太阳在质心轨道上的位置和速度改变所致。
尽管行星的引力仍影响流星体的进动与轨道变化，但这次研究显示太阳绕质心的微小运动，是解释流星雨行为的关键因素。这项发现挑战了以太阳视为静止参考点的传统天文模型，也为预测流星雨的时间与强度提供了全新思路。
流星天文学家、SETI研究所和美国宇航局（NASA）艾姆斯研究中心的合著者彼得‧詹尼斯肯斯（Peter Jenniskens）对该研究所的新闻室表示，“1995年时我们对于流星雨的预测还处于起步阶段，许多人认为预测这些流星雨何时会在地球上出现，就像跟预测天气一样困难。”
他指出：“我们曾在西班牙观测到一次流星雨，见证‘午夜星星坠落’现象持续约40分钟，且几乎每分钟都有明亮流星划过夜空。此前，我们能够在计算机模型中证明，这些流星体会在地球轨道内外徘徊，并随着太阳在摆动，但主要原因却不明朗。”
该研究的主要作者、SETI研究所科学家史都华‧皮洛兹（Stuart Pilorz）则表示，“与传统观念相反，太阳系中所有物体并非绕太阳运行，是与行星共同绕太阳系共同质心运行（太阳系质心）。”
皮洛兹说，“通常我们建立数值模型是以太阳为中心，因为它是太阳系中质量最大的天体，可简化相对论方程。不过，长周期彗星大部分时间都远离太阳系，但仍受到太阳系质心影响，而它们每数百年靠近时，就会受木星和太阳引力作用。”
皮洛兹解释，“我们研究最重要发现，是我们注意到彗星靠近太阳时会因太阳的运动而加速或减速，导致流星体的扩散，就像我们的太空船利用行星引力改变速度一样。”皮洛兹还强调，“如果我们忽略太阳的运动，就无法解释彗星和流星体是如何随时间扩散。”