流星群
黄道光と惑星がマークされラベル付けされたエータアクアリッド流星群

流星群は、夜空の一点から多数の流星が放射状に放出される様子が観測される天体現象です。これらの流星は、流星体と呼ばれる宇宙の破片が並行軌道で非常に高速で地球の大気圏に突入することで発生します。ほとんどの流星は砂粒よりも小さいため、ほぼすべてが崩壊し、地表に落下することはありません。非常に激しい、あるいは異常な流星群は、流星爆発や流星嵐と呼ばれ、1時間に少なくとも1,000個の流星を発生させ、最も有名なのはしし座流星群です。[ 1 ]流星データセンターは、900以上の流星群候補をリストアップしており、そのうち約100は既に確認されています。 [ 2 ]いくつかの組織は、インターネット上で流星群を観測できる機会を紹介しています。 [ 3 ] NASAは、活発な流星群のマップを毎日更新しています。[ 4 ]

歴史的に、流星群は大気現象とみなされていました。1794年、エルンスト・クラドニは流星が宇宙空間で発生したと提唱しました。1833年の大流星嵐をきっかけに、デニソン・オルムステッドは流星が宇宙塵の雲として飛来し、その筋が獅子座の方向に放射点を形成することを示しました。1866年、ジョヴァンニ・スキアパレッリは、しし座流星群がテンペル彗星と同じ軌道を回っていることを示し、流星が彗星由来であると提唱しました。天文学者たちは、これらの彗星塵の雲の軌道を、惑星の重力によってどのように摂動されるかを含めて計算できるようになりました。 1951年、フレッド・ウィップルは、彗星は「汚れた雪玉」であり、その揮発性物質が太陽系内部で太陽エネルギーによって蒸発して隕石の破片を放出するのではないかと提唱しました。

歴史的発展

歴史的記録によると、スパルタ人は紀元前1200年頃から流星群を観測していたようです。古代の記録文書には、中国、日本、韓国で流星群が観測されたことを示す詳細な記録が残っています。[ 5 ] [ 6 ]中世アラブ人は流星群を吉兆と見なし、記録した年代記が複数あります。[ 7 ] 1583年8月の流星群はトンブクトゥの写本に記録されています。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]こと座流星群は、中国で記録が残っている流星群の中で最も古いもので、紀元前687年に遡ります。[ 11 ]

1872年の図

1789年、アントワーヌ・ラボアジエは『化学素粒子論』と題した最初の近代化学の教科書を出版した。その中で彼は、上層大気に舞い上がる塵が雷によって物質の塊に固められ、地上に落下する際に燃え盛る流星を形成するのではないかと推測した。19世紀初頭、これは流星の形成に関する最も有力な仮説の一つとなった。しかし、1794年、ドイツの科学者エルンスト・クラドニは、隕石は宇宙空間で発生したと提唱し、その証拠として火球と鉄隕石を結びつける本を出版した。この提唱は当初、アレクサンダー・フォン・フンボルトを含む一部の科学者から不信感を抱かれた。これは、惑星が軌道を描き続けるためには宇宙空間は空でなければならないというアイザック・ニュートンの主張と矛盾するからであった。[ 12 ] [ 5 ]

近代になって初めて発生した大流星嵐は、1833年11月の獅子座流星群である。ある推計では、ピーク時には1時間あたり10万個を超える流星が観測されたとされているが[ 13 ]、嵐が収まった後に行われた別の推計では、嵐の9時間の間に20万個を超える流星が観測され[ 14 ] 、ロッキー山脈東側の北米全域に及んだとされている。アメリカ人のデニソン・オルムステッド（1791年 - 1859年）がこの現象を最も正確に説明した。1833年の最後の数週間を情報収集に費やした後、彼は1834年1月にその研究結果をアメリカ科学芸術誌に発表し、同誌は1834年1月から4月、[ 15 ]および1836年1月に発行された。 [ 16 ]彼は、流星群の持続時間が短く、ヨーロッパでは見られなかったこと、また流星が獅子座のある地点から放射状に放出されたことを指摘した。彼は流星が宇宙の粒子の雲から発生したと推測した。[ 17 ]研究は続けられたが、嵐の発生を通して流星群の年間の性質を理解することは研究者を困惑させた。[ 18 ]

イタリアの天文学者ジョヴァンニ・スキアパレッリは、 1866年後半にアンジェロ・セッキに宛てた一連の手紙の中で、流星と彗星の関係を確かめた。彼は、レオニデス流星群がテンペル彗星と同じ軌道を回っていることを証明した。[ 19 ] [ 5 ] 1772年に発見され、1826年に周期彗星と特定されたビエラ彗星は、1846年に2つの成分を持つことが観測された。1852年の再来では、両方の成分はより暗く、より大きく離れていた。1868年、エドモンド・ワイスは、1872年に地球がこの彗星の軌道と交差すると判定し、その時強い流星群が観測された。現在アンドロメダ流星群と呼ばれるこの流星群は、彗星と流星群の関係をさらに確立した。[ 20 ]

1890年代、アイルランドの天文学者ジョージ・ジョンストン・ストーニー（1826–1911）とイギリスの天文学者アーサー・マシュー・ウェルド・ダウニング（1850–1917）は、木星の重力摂動を考慮しながら、地球の軌道における塵の位置を計算しようと初めて試みた。彼らは、1898年と1899年に予想されていた獅子座流星群の回帰に先立ち、1866年にテンペル・タットル彗星（55P）から放出された塵を研究した。流星嵐の発生は予想されていたが、最終的な計算では、塵の大部分は地球の軌道のかなり内側にあることが示された。ドイツのベルリンにある王立天文計算研究所のアドルフ・ベルベリッヒも、同じ結果を独立して得ていた。[ 21 ]その季節に流星嵐が発生しなかったことで計算は確認されましたが、信頼性の高い予測に到達するには、はるかに優れた計算ツールの進歩が必要でした。

1981年、ジェット推進研究所のドナルド・K・ヨーマンズは、しし座流星群の流星群の歴史とテンペル・タットル彗星の軌道の力学的変化の歴史を概説した。[ 22 ]その中のグラフ[ 23 ]が改変され、 『スカイ・アンド・テレスコープ』誌に再掲載された。[ 24 ]このグラフは、地球とテンペル・タットル彗星の相対的な位置関係と、地球が濃い塵に遭遇した場所を示している。このことから、流星体は主に彗星の進路の後方および外側に位置するが、強力な嵐を引き起こす粒子雲の中を地球が通過する経路は、ほとんど活動のない軌道に非常に近いことが示された。

1985年、カザン国立大学のE.D.コンドラテヴァとE.A.レズニコフは、過去に発生した数々のしし座流星群の流星嵐の原因となった塵が放出された年を初めて正しく特定した。1995年には、ピーター・ジェニスケンスが塵の痕跡から1995年のアルファいっかくじゅう座流星群の爆発を予測した。[ 25 ] 1999年のしし座流星群の嵐を見越して、ロバート・H・マクノート、[ 26 ]デビッド・アッシャー、[ 27 ]フィンランドのエスコ・リュイティネンが西側で初めてこの手法を適用した。[ 28 ] [ 29 ] 2006年、ジェニスケンスは今後50年間の塵の痕跡の遭遇予測を発表した。[ 30 ]ジェレミー・ヴォーバイヨンは、セレステ・エフェメリデ計算研究所(IMCCE)の観察に基づいて毎年予測を更新し続けています。[ 31 ]

放射点

チャート上の流星群

流星群の粒子はすべて平行な経路を同じ速度で移動するため、下から見ると空の一点から放射状に広がっているように見えます。この放射点は遠近法の効果によって生じ、平行な線路が地平線上の一点に収束するのと似ています。流星群は通常、流星が出現する星座にちなんで名付けられます。この「固定点」は、地球の自転により夜間にゆっくりと空を横切ります。星がゆっくりと空を横切って移動しているように見えるのも同じ理由です。[ 32 ]また、地球が太陽の周りを公転するため、放射点は夜ごとに背景の星に対してわずかに動きます（放射ドリフト） 。 [ 33 ]漂う「固定点」の地図については、 IMO Meteor Shower Calendar 2017（国際流星機構） を参照してください。

流星の地心速度は流星群によって大きく異なります。例えば、おうし座流星群では約27km/s 、しし座流星群では約71km/sです。（地球の平均公転速度と比較してください。）29.8 km/s である。[ 34 ]）飛来する流星は、その軌道に沿って測定可能な光曲線を描き、その明るさはアブレーションの速度によって変化する。[ 35 ]流星の電離高度は、70～110 kmの範囲で大気が十分に濃密なため、流星は高温になります。[ 36 ]流星群の典型的な流星の直径は5μm、密度2gcm -3。融点約100℃で融解し始める。1800 K . [ 37 ]

地球の自転により、放射点が地平線に近いときは流星群の発生率は低くなりますが、放射点が地平線から30度の高度に達すると、発生率は最大値の少なくとも50%にまで上昇します。流星がまだ厚い空気柱を通過している最中であるため、放射点が45度の角度、つまり空の半分の高さにあるときが観測に最適です。放射点から30～60度離れたところで、より長く目立つ流星群の軌跡が観測されます。[ 38 ]ほとんどの流星群は真夜中を過ぎると、観測者の位置が地球の太陽の周りの軌道の方向に近づくため、視認性が向上します。このため、流星群の最もよく見える時間は一般に夜明けの少し前です。これは、観測可能な流星の最大数と、明るくなって見えにくくなる空との間の妥協点です。[ 39 ]

ネーミング

流星群は、流星群のピーク時の放射点に近い、最も近い星座、またはギリシャ文字またはローマ文字が割り当てられた明るい星にちなんで命名されます。ラテン語の所有格の文法変化は「id」または「ids」に置き換えられます。[ 40 ]そのため、水瓶座デルタ星（変化「-i」）の近くから放射状に放射状に広がる流星は、水瓶座デルタ流星群と呼ばれます。国際天文学連合（IAU）の流星群命名ワーキンググループとIAUの流星データセンターは、流星群の命名法とどの流星群が制定されているかを記録しています。[ 41 ] [ 42 ]

流星流の起源

エンケ彗星の流星の軌跡は、斜めの赤い輝きです。
73P彗星の破片の間にある流星の軌跡

流星群は、地球などの惑星と、彗星（あるいは時として小惑星）からの破片の流れとの相互作用によって発生します。彗星は、1951年にフレッド・ウィップルによって実証されたように、水蒸気の抵抗によって破片を生成することがあり[ 43 ]、また、分裂によっても破片を生成します。ウィップルは、彗星を「汚れた雪玉」、つまり氷に埋め込まれた岩石で構成され、太陽の周りを周回すると考えました。「氷」は、水、メタン、アンモニア、その他の揮発性物質が単独または混合で構成されている可能性があります。「岩石」の大きさは、塵粒から小さな岩塊まで様々です。塵粒サイズの固体は、砂粒サイズの固体よりも桁違いに多く、砂粒サイズの固体は、小石サイズの固体よりも同様に多く存在します。氷が温められて昇華すると、水蒸気が塵、砂、小石を引きずることがあります。

彗星が軌道上で太陽のそばを通過するたびに、彗星の氷の一部が蒸発し、一定数の流星物質が放出されます。[ 44 ]流星物質は彗星の軌道全体にわたって広がり、流星物質の流れを形成します。これは「ダストトレイル」とも呼ばれます。[ 45 ]（太陽の放射圧によってすぐに吹き飛ばされる小さな粒子によって発生する彗星の「ガステール」とは対照的です）。

最近、ピーター・ジェニスケンスは、私たちの短周期流星群のほとんどは、活動的な彗星の通常の水蒸気抵抗によるものではなく、ほとんど休眠中の彗星がまれに崩壊して大きな塊が分離することによって生じると主張しました。例としては、しぶんぎ座流星群とふたご座流星群が挙げられます。これらはそれぞれ約500年前と1000年前に、小惑星に似た天体（(196256) 2003 EH 1と3200 フェートン）の分裂によって発生しました。破片はすぐに塵、砂、小石に砕け散り、彗星の軌道に沿って広がり、高密度の流星群を形成し、それが後に地球の軌道へと進化します。[ 30 ]

流星流の動的進化

ウィップルが彗星に対して塵の粒子が低速で移動すると予測して間もなく、ミロス・プラベッツが初めてダストトレイルの概念を提唱した。彼は、彗星から遊離した流星体が一周した後、大部分が彗星の前か後ろに漂うと計算した。この効果は単純な天体力学 によるもので、一部の粒子が他の粒子よりも広い軌道を描くため、物質は彗星の前方または後方に漂いながらも、彗星から横方向には少しだけ離れるだけである。[ 30 ]これらのダストトレイルは、中間赤外線波長（熱放射）で撮影された彗星の画像で時々観測され、前回太陽に戻ったときの塵の粒子が彗星の軌道に沿って広がっている。[ 46 ]

惑星の重力は、ダストトレイルが地球の軌道上を通過する場所を決定します。まるで庭師がホースで遠くの植物に水をやるのと似ています。ほとんどの年、ダストトレイルは地球を全く避けますが、ある年には地球に流星が降り注ぐことがあります。この効果は、1995年のα一角獣座流星群[ 47 ] [ 48 ]の観測と、それ以前にはあまり知られていない過去の地球嵐の特定によって初めて実証されました。

より長い期間を経ると、ダストトレイルは複雑な進化を遂げることがあります。例えば、一部の繰り返し彗星やそこから放出される流星体は、木星などの大型惑星と共鳴軌道を描いています。つまり、一方の惑星の公転回数は、もう一方の惑星の公転回数と等しくなります。これにより、フィラメントと呼ばれるシャワー成分が形成されます。[ 49 ]

2つ目の影響は、惑星との接近です。流星体が地球を通過する際、一部は加速され（太陽の周りを広く周回する）、一部は減速され（太陽の周りを短く周回する）、次の帰還時にダストトレイルに隙間が生じます（カーテンが開いたように、隙間の始まりと終わりに粒子が積み重なります）。また、木星の摂動によってダストトレイルの断面が劇的に変化することがあります。特に、彗星のような短期間の粒子は、太陽の周りを周回する軌道上で最も遠い地点、つまり最もゆっくりと移動している地点で巨大惑星に接近します。その結果、ダストトレイルには、放出された物質が凝集したり、編み込まれたり、三日月形になったりして絡み合ったりします。

3つ目の効果は放射圧です。放射圧は、質量の小さい粒子を太陽からより遠い軌道へと押しやり、質量の大きい天体（火球やボリッドの原因となるもの）は放射圧の影響を受けにくい傾向があります。このため、ダストトレイルの遭遇時には明るい流星が多く見られる場合もあれば、暗い流星が多く見られる場合もあります。時間の経過とともに、これらの効果によって流星体は分散し、より広い流星群が形成されます。私たちがこれらの流星群から見る流星は、地球が毎年ほぼ同じ割合でこれらの流星群に遭遇するため、 年雨の一部です。

流星体が黄道雲内で他の流星体と衝突すると、流星群との関連性を失い、「散発流星」の背景の一部となります。流星群や流跡線から散逸した流星体は、どの流星群にも属さない孤立した流星体を形成します。これらのランダム流星体は、先行流星群の放射点から来たようには見えません。

流星嵐

1833年11月12日から13日の夜に北米のナイアガラの滝から見た獅子座流星群の絵画

流星嵐は流星ショーの強化版であり、1時間あたり少なくとも1,000個の流星が出現します。これは最も活発な流星群の10倍に相当します。有名な例としては、しし座流星群とりゅう座流星群が挙げられますが、しし座流星群は最もよく知られた流星嵐の発生源です。流星嵐は、空から落ちてくる星、あるいは「花火」に似ていると表現されます。[ 50 ] [ 51 ]最も激しい発生では、1時間あたり15万個以上の流星が出現し、しし座流星群では24万個もの流星が出現したこともあります。[ 52 ] [ 14 ]しし座流星群はおよそ33年に1回発生し、テンペル・タットル彗星の回帰と一致しています。過去のしし座流星群は1767年、1799年、1833年、1866年、1868年、1966年、1999年、2001年、2002年に記録されています。1833年と1966年のしし座流星群はこれまでで最も激しいもので、これらの流星群はピーク時に1時間あたり12万個を優に超える流星数を記録しました。[ 51 ] [ 53 ]天文学者たちは、次のしし座流星群の流星嵐は2034年頃、あるいは2099年まで起こらないと予想している。[ 51 ]りゅう座流星群は1933年[ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]と1946年[ 17 ]に流星嵐を発生させ、天頂の観測率が1時間あたり数千個に達し、20世紀に観測された流星嵐の中でも最も印象的なものの一つとなった。天文学者たちは、2098年にも大量のりゅう座流星群の流星嵐が発生する可能性があり、ピーク時には1時間あたり2万個に達する可能性があると予測した。[ 50 ]フィンランドの天文学者エスコ・ルイティネンも、2028年8月にペルセウス座流星群の流星嵐が発生する可能性があり、ピーク時には1時間あたり少なくとも1,000個の流星が発生する可能性があると予測している。[ 57 ] [ 50 ]

有名な流星群

2021年の流星群カレンダーには、流星のピーク日、放射点、ZHR、起源が表示されます。

流星群のピーク出現率は、天頂時率（ZHR）で測定されます。これは、放射点が天頂、つまり夜空の最も高い位置にあるときに肉眼で見えると予想される流星数です。若い流星群で、より密集している流星群の場合、出現率は年によって変動し、流星群の軌道周期に合わせてピークの流星「嵐」が発生します。中には、1時間あたり数百、さらには数千もの流星が観測される流星群もあります。通常、最も高いZHRを示す流星群は、ペルセウス座流星群（1時間あたり75個）、ふたご座流星群（1時間あたり75個）、しぶんぎ座流星群（1時間あたり60個）です。[ 58 ]

ペルセウス座流星群としし座流星群

ほとんどの年で最も信頼性の高い流星群はペルセウス座流星群で、毎年8月12日にピークを迎え、1分間に1個以上の流星が観測されます。[ 59 ] NASAには、観測場所から1時間あたりに何個の流星が見えるかを計算できる 推定ツールがあります。

しし座流星群は毎年11月17日頃にピークを迎えます。33年ごとに、しし座流星群は1時間あたり数千個というピークの流星嵐を引き起こします。[ 58 ] 1833年11月の流星嵐の際に、しし座ガンマ星付近から流星が放射状に放出されていたことが初めて判明し、この流星嵐から「流星群」という用語が生まれました。最後に発生したしし座流星群は1999年、2001年（2回）、2002年（2回）です。それ以前には、1767年、1799年、1833年、1866年、1867年、1966年に流星嵐が発生しました。[ 53 ]しし座流星群は、嵐が発生していないときはペルセウス座流星群よりも活動が鈍いです。[ 58 ]

その他の流星群

確立された流星群

正式な名前は国際天文学連合の流星群リストに記載されています。[ 60 ]

シャワー 時間 親オブジェクト
しぶんぎ座流星群1月上旬 小惑星2003 EH 1の親天体と同じ[ 61 ]。また、C /1490 Y1彗星[ 62 ] [ 63 ] 。C /1385 U1彗星もその起源として研究されている[ 64 ] 。
リリッド4月下旬 サッチャー彗星[ 65 ]
パイ・パピッド（周期表） 4月下旬 26P彗星/グリッグ・シェレルプ彗星[ 66 ]
エータアクアリッド5月上旬 ハレー彗星1P
アリエティッド6月中旬 96P/マックホルツ彗星、マースデン彗星、クラフト彗星群複合体[ 1 ] [ 67 ]
ベータ・タウリッド流星群6月下旬 エンケ彗星2P
6月のブーティッド（定期刊行物） 6月下旬 7P/ポンス・ヴィネケ彗星
南デルタ水瓶座流星群7月下旬 96P/マックホルツ彗星、マースデン彗星、クラフト彗星群複合体[ 1 ] [ 67 ]
アルファ・カプリコルニド7月下旬 169P/ニート彗星[ 68 ]
ペルセウス座流星群8月中旬 109P/スイフト・タットル彗星
カッパシグニッド8月中旬 小惑星2008 ED69 [ 69 ]
アウリジッド（周期表） 9月上旬 C/1911 N1（キース）彗星[ 70 ]
ドラコノイド（周期的） 10月上旬 21P/ジャコビニ・ツィナー彗星
オリオン座流星群10月下旬 ハレー彗星1P
南タウリッド流星群11月上旬 エンケ彗星2P
北方流星群11月中旬 小惑星2004 TG 10など[ 1 ] [ 71 ]
アンドロメダ流星群（周期流星群） 11月中旬 ビエラ彗星[ 72 ]
アルファモノケロチド（周期的） 11月中旬 不明[ 73 ]
レオニデス流星群11月中旬 テンペル・タットル彗星（55P）
フェニックス科（周期的） 12月上旬 ブランパン彗星[ 74 ]
ふたご座流星群12月中旬 小惑星3200 ファエトン[ 75 ]
ウルシド12月下旬 タットル彗星[ 76 ]
イヌ科

地球外流星群

火星探査機MERスピリットによる火星流星

比較的透明な大気を持つ太陽系の他の天体でも、流星群が発生する可能性があります。月は地球の近傍にあるため、同様の流星群が発生する可能性がありますが、大気自体が存在しないことから、ナトリウムの尾部が著しく増加するなど、独自の現象が見られます。[ 77 ] NASAは現在、流星群によるものか否かを問わず、月への観測された衝突に関するデータベースを継続的に維持しています[ 78 ] 。これはマーシャル宇宙飛行センターによって管理されています。

多くの惑星や衛星には、かなり昔の衝突クレーターがある。しかし、流星群に関連した新しいクレーターも存在する可能性がある。火星とその衛星には流星群があることが知られている。[ 79 ]これらはまだ他の惑星では観測されていないが、存在すると推定できる。特に火星の場合、彗星の軌道に対する火星と地球の軌道が異なるため、地球で見られるものとは異なっている。火星の大気は地表レベルでは地球の1%未満であるが、流星が衝突する上端では、両者の密度はより近い。流星の高度における気圧が同程度であるため、影響はほぼ同じである。太陽からの距離が長くなるため流星の動きが比較的遅くなるだけで、流星の明るさはわずかに減少するはずである。これは、よりゆっくりと下降するということは、火星の流星が消滅する時間が長くなることを意味するため、ある程度バランスが取れている。[ 80 ]

2004年3月7日、火星探査ローバー「スピリット」のパノラマカメラが、114P/ワイズマン・スキフ彗星に関連する火星流星群の流星によるものと考えられている流星の軌跡を記録しました。この流星群は2007年12月20日に活発な流星群の出現が予想されていました。他に考えられる流星群としては、地球のみずがめ座エータ流星群（どちらも1P/ハレー彗星に関連する）に関連する「ふたご座ラムダ流星群」、 13P/オルバース彗星に関連する「おおいぬ座ベータ流星群」、そしてダモクレス5335の「りゅう座流星群」などが挙げられます。[ 81 ]

木星では、孤立した大質量衝突が観測されている。1994年のシューメーカー・レヴィ第9彗星も短い尾を引いたが、それ以降も連続して発生している（木星の現象一覧を参照）。流星または流星群については、太陽系の大気を持つほとんどの天体、すなわち水星、[ 82 ]、金星[ 83 ]、土星の衛星タイタン[ 84 ] 、海王星の衛星トリトン[ 85 ]、冥王星[ 86 ]について議論されている。

参照

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