作者|冯梓洋
审核|丁乙
编辑|史玲玲
春季的黄昏后或秋季的黎明前,如果我们身处观测条件良好的地区,或许能隐约看见在地平线上有一个沿黄道带分布的金字塔状光锥,这就是黄道光(zodiacal light)。
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法国天文学家艾蒂安·特鲁夫洛绘制的
黄道光彩色版画
(图片来源:The Trouvelot Astronomical Drawings 1882/New York Public Library)
人类对黄道光的观测已有悠久的历史。西汉时期,司马迁的《天官书》中就出现了关于黄道光的记载:“如炎火之状,黄白,起地而上,下大上兑(锐)。” 11世纪,波斯天文学家、诗人欧玛尔·海亚姆在他的诗集著作《鲁拜集》中称黄道光为“虚假的黎明”。
黄道光十分暗淡且转瞬即逝,只有在日落后和日出前的一段时间可以观测到黄道光。在天空非常暗的情况下,这种光锥能达到地平线上30度左右,甚至更高。而在地球大气之外观察,我们能看见黄道光向内蔓延至太阳,向外蔓延至整个天空。
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从太空中看黄道光
(艺术图,左为新视野号探测器)
(图片来源:NASA)
那么,黄道光是怎么形成的呢?过去人们认为黄道光源自于地球的高层大气,只是一种大气现象。直到1683年3月,意大利著名天文学家乔瓦尼·卡西尼才较为科学地解释了黄道光的成因:黄道光是行星际尘埃反射太阳光引起的。因此,黄道光的光谱与太阳光的光谱非常相似。黄道光主要由两种物理过程产生,第一种是行星际尘埃散射的太阳辐射,具有偏振性质;第二种是行星际尘埃吸收太阳辐射后再发射。
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黄道光的光谱(图片来源:STScI)
通过多年的观测,科学家发现这片行星际尘埃分布十分宽广。黄道尘埃云从地球轨道开始,一直向外延伸到了距离太阳约两个天文单位的地方,最密集的地方位于地球与其他行星的轨道平面内,从地球上看就是分布在黄道周围。尘埃云的内、外缘分别受地球和木星引力影响,主体与火星轨道参数基本保持一致。
但是,关于这些尘埃云的来源与形成一直众说纷纭。2003年,地外文明探索研究所(SETI Institute)的彼得·詹尼斯肯斯在研究流星雨时,发现某些不再活跃的彗星(如196256号小行星)一直往返于木星与地球之间,有可能是黄道光尘埃云的来源。于是,他提出了一种模型,能够计算行星际尘埃在行星引力及坡印廷-罗伯逊效应(这种效应使得行星际尘埃沿螺旋轨道缓慢落入太阳)影响下的运动。
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明亮的黄道光(图片来源:ESO)
2010年,美国行星动力学专家戴维·尼斯沃尼和另外几位专家组成研究小组,探索了黄道光尘埃的来源。他们使用计算机模拟,建立了包含不同来源的黄道光星际尘埃模型,例如小行星撞击、彗星的抛射物质。最后他们发现,85%以上的尘埃都来自木星族彗星(周期小于20年且轨道倾角小于30°的短周期彗星),来自小行星带的不超过10%,来自奥尔特云的更是微乎其微。
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位于智利的拉西拉天文台拍摄到的黄道光,图中一克见对日照(银河左侧相对较亮的区域)(图片来源:ESO)
那么如何才能观测到黄道光呢?答案是只有在天空很黑暗、晴朗无月,同时东边或西边视野比较开阔的地方,才比较适宜观测黄道光。在日落后或日出前,如果黄道与地平线的夹角较小,那么黄道光的高度会很低,也不容易看到。只有当黄道和地平线的夹角比较大的时候,才是观测黄道光的最佳时机。对北半球中纬度地区来说,春分前后天黑后往西边低空看,或者秋分前后天亮前往东边低空看,最容易看到黄道光。
俗话说“百闻不如一见”,如果你有幸在合适的时间来到观测条件良好的地区,千万不要错过美丽又神秘的黄道光哦。
参考资料
(1)张梦然,黄道光尘埃来自短周期彗星,科技日报,2010年4月19日
(2)邓雪梅,“借尸还魂”黄道光,世界科学,2010年10月15日
(3)胡中为,宇宙尘,天文学进展,1985年第3卷第2期
(4)黄道光是什么?怎么才能看到?,北京天文馆,https://www.bjp.org.cn/twwd/xkygc/wap_4028c1367e4fe081017e522f27d70036.shtml
(5)黄道光,维基百科,https://zh.wikipedia.org/zh-hk/%E9%BB%83%E9%81%93%E5%85%89
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