2024-02-29 10:21
只要观测天气条件良好，中国科学院大学天文与空间科学学院博士研究生李镇业每天都会在社交媒体上更新流星观测情况。观测数据的来源，是国科大天文与空间科学学院和中国科学院国家天文台支持建设起的流星多站视频监测网。目前，这张网分布在北京及周边区域，已经记录了7000多颗流星的轨迹。
历时数年“织”起监测网
“流星是非常美丽的天文现象。”李镇业是专业的天文爱好者，与天文的缘分可以追溯到中学时期。进入大学后，他更是积极参与天文观测活动，选读了天文学的双学位，还曾亲手组装小型的流星相机，经常到野外拍摄流星。
在选择硕士专业方向时，他坚持了自己热爱的方向——天文技术与方法。这个专业主要是开展天文观测、数据处理和天文仪器设备研制等研究。
在科研工作之余，李镇业坚持追“星”。他说，随着科技的进步和发展，流星光学观测手段经历了从目视到拍照，再到视频拍摄的多次变革。为了更好地捕捉流星的轨迹，在导师的支持下，李镇业和多位好友一起组建了团队，提出要设计打造流星监测网。
流星的观测与常见的天文观测模式不尽相同，观测者为了定位一颗流星，需要利用间隔几十公里的两个站点同时展开观测，然后通过双站三角定位，绘出流星在空间中的精确三维轨迹，最终反推出流星体在太阳系中的飞行轨道。
“建设监测系统也很复杂，涉及到多个学科方向，我们断断续续做了两三年。好在我们是一支各有所长的团队，大家虽来自五湖四海，但在老师们的指导下，我们实现了合理分工。”李镇业举例，流星三维定位程序设计、流星相机运行、自动化处理流程优化……大家各司其职。
他们克服的困难“一言难尽”——软件编写、测试，再编写、再测试，这个过程需要反复试错。
2020年底，双子座流星雨前，他们终于完成了流星监测的软件开发，并把这次流星雨观测作为软件的一次大考。
夜幕降临，宛若拉响了“考试铃声”。一颗、两颗、三颗……流星相机目不转睛地盯着深邃的夜空，不放过每一颗转瞬即逝的流星。两个观测站从不同视角，一一记录下每颗流星的天球坐标。
“后面的所有计算工作都是由系统自动完成的。流星只要现身，系统就能实时识别、保存数据。它的‘眼神儿’也老练，能分辨出流星与飞机、人造卫星等目标的差别。”李镇业回忆，那次“考试”，两个站点分别观测到了500余颗流星，后续还精确测量了76颗流星体的轨道。
高质量的成果得到了更多人的认可。2021年，“流星双站视频监测系统”获得第十一届“挑战杯”首都大学生课外学术科技竞赛特等奖。此时，李镇业开始攻读博士，将自己的研究方向正式确定为流星多站视频观测，开发流星视频监测软硬件和数据平台。观测站点的范围也不断扩大。
捕捉到7000余道夜空“尾焰”
李镇业解释，与动辄距离地球数十万光年乃至更远的天体相比，流星算得上是“近在咫尺”。在抵达地球之前，流星就像是飞行在宇宙中的“小石子”。当它们高速飞抵地球时，与大气发生摩擦，发光发热。此时，它们所处高度仅距地面约100公里至30公里。因此，从地面上不同的位置观测流星，其飞行的角度和状态会有明显差异。这就是流星多站视频观测的重要价值。
为了更好地记录飞过北京上空的流星，团队就务必要打造一张“网”，实现多角度视频观测。他们在北京及周边区域分散选址，分别在国家天文台兴隆观测基地、武清观测站、长哨营满族乡中心小学、百花山国家级自然保护区建设了流星观测站，覆盖探测范围约20万平方公里。
作为监测站点之一，长哨营中心小学与国科大的合作由来已久。近年来，国科大天文与空间科学学院的师生会定期为孩子们带来天文知识科普课程。李镇业在到这所小学安装设备时，也分享了流星雨的科普知识。“后续我们计划把系统产出的数据，作为学校天文科普课程的一环，锻炼孩子们的动手能力，帮助他们学习天文基础知识。”
“夜空还是很‘繁忙’的。”李镇业笑着说，4个站点建立还不到1年时间，这张流星监测网就已经探测到7000多颗流星的轨迹。平日，各站点的数据都能实现自动收集，一颗流星划过夜空后，只需几十秒，其轨迹就能计算完成并存储到后台。
李镇业补充解释： “观测天体一般是‘定点’工作，用天文望远镜定期观测。但流星来去匆匆，必须长时间、连续观测才能积累有效数据。”这对相关设备的稳定性、可靠性提出了很大挑战。在下雨、沙尘等恶劣气候条件下，设备不需要人工介入也可以正常工作。
2024年1月29日19时许，流星监测网的3个站点同时捕捉到了一颗高亮度流星。“这次观测意义重大。这些‘眼睛’能从多个角度，代替我记录下流星的一举一动。”李镇业表示，每天醒来看到新的流星数据“入账”，这是一件很有成就感的事情。
寻找“天外来客”解密宇宙
“现在国内很多流星爱好者也在建设、运行流星相机。但从客观角度分析，他们对流星数据的深加工能力稍显不足。”李镇业说，对天文研究而言，只有图像资料远远不够，流星的轨迹如何、在哪里爆炸、陨石可能在哪里坠落，都关系到后续的科学研究工作。
流星轨迹数据是天文研究承前启后的一环。当科研人员获取到流星轨迹，就能反推出它们在进入大气层前，在太空中的运行轨迹，进而追溯这些碎屑颗粒产生的源头，分析探索彗星、小行星等天体的活动特征，乃至太阳系的起源与演化。“如果流星在飞过大气层时没有燃尽，剩余部分就有可能形成陨石。”而
厘米级甚至更小的宇宙尘埃就能形成流星，如果是体积达到几十厘米的天体碎屑，就可能落地形成陨石。半个多月前，现身北京上空的明亮火流星，体积一定不小，它是否会有未燃尽的部分落地？
“这样珍贵的机会，一年可能也只能碰到一次。”李镇业立刻检查流星监测网后台数据，调试出了这颗流星的轨迹——从北京东侧的上空闯入地球大气，在平谷区上空经历了剧烈空爆，最终消失在顺义区上空。
根据流星消失前的位置和速度，李镇业在系统中分别模拟生成了1千克、100克、10克陨石碎片的坠落轨迹。结果显示，陨石最有可能坠落在位于昌平区和顺义区的一片长条形区域内。
团队立刻组建了一支“陨石小分队”开展搜寻工作，公开发布了火流星的详细数据，希望发动更多力量加入搜索队伍。
“目前，人类通过光学观测能说清来源的陨石，在全世界范围内也只有几十颗。”李镇业说，虽然作为“天外来客”的普通陨石总量不算少，但大多数都是“无头悬案”，暂时说不清其来自何方。如果有幸获取到这样珍贵的陨石样本，就能到实验室中开展很多仅靠天文观测无法开展的后续研究。岩石成分分析、同位素组成，乃至生命迹象的寻找，都必须依托陨石样本开展研究。
