作為2024年初的“天幕劇”，第一場大型流星雨象限儀座流星雨在北京時間1月4日下午5點達到最大值，每小時天頂發生率（ZHR）可能達到120。 天上綻放的流星可謂是新年的浪漫祝福。 不幸的是，對於該國大部分地區來說，流星雨輻射點直到午夜後才公升起，因此很難觀測到最大週期，並且由於下弦月的干擾，觀測條件並不理想。
雖然後悔，“明年青雲去的時候，我會嘲笑忙碌的世界。 “讓我們永遠期待我們生命中的下一次流星雨。 為了“每次都能學到新東西”，這次就讓大家知道一星的顏色。
雙子座流星光譜丨攝影：張超。
流星的顏色。
通常，火流星觀測者會詳細報告流星的顏色，因為火流星足夠明亮，人類的色覺可以感知它。 報告中流星的顏色範圍可以覆蓋整個可見光譜，從紅色到藍色，只有很少的紫色。 然而，不僅僅是火流星有顏色，每顆流星都有自己的顏色。 雖然肉眼無法分辨，但我們仍然可以通過用數位相機或光譜儀拍照來獲得這顆流星的顏色。
相機拍攝單張照片。
下圖為筆者2023年在紫金山天文台青海天文台拍攝的英仙座群流星，可以清晰的看到，流星的左側是紅色的，右側是綠色的。 這裡有乙個小問題，這顆流星的方向是從左到右，還是從右到左？ 別擔心，答案就藏在這種流星的顏色裡，相信看完這篇文章，一定能得到答案。
英仙座流星在青海紫金山天文台丨攝影：單家輝。
相機**直接錄製。
有一些高靈敏度相機可以直接拍攝。 從下面這張流星墜落的照片中可以看出，流星呈現出兩種深淺不一的綠色，流星前後的色調略有不同。
直接記錄流星丨攝影：張超。
流星光譜。 用光譜儀分割流星可以讓我們更好地區分流星的顏色。 下圖顯示了一組來自英仙座流星雨的流星，背景中靠近水平方向的單色線和垂直方向的流星。 通過稜鏡，我們可以得到這顆流星不同相位和成分的顏色。
英仙座流星光譜丨攝影：張超。
流星發光的原理。
當流星體迅速闖入地球大氣層時，與大氣層的摩擦會導致它公升溫並發光。 流星的化學成分是決定其顏色的主要因素。 一些元素在高溫下燃燒時會發出特定波長的光，從而顯示出它們的特徵顏色。 例如，在上面的藍綠色影象中，鎂絲的波長為518nm，黃色為589nm鈉絲的波長。 此外，當流星穿過大氣層時，其路徑上大氣中的氧和氮等原子也會因加熱而發出特定波長的光，為流星增添了特殊的色彩。 例如，上圖中最上面的波長是 5577nm處的黃綠色線主要來自大氣中的氧原子，因此它不是流星本身的顏色。
但並不是所有的流星都有這個557氧原子在 7 nm 處的綠線。 英仙座流星的平均速度約為62公里，它攜帶的動能越多，它就越會在稀薄的大氣層中開始發光。 如果流星體足夠大，可以到達大氣層的下部，大氣層就不再稀薄，更多的氧氣和氮氣被激發，發出一條寬紅線，導致流星的紅色末端，這就是上圖左邊的紅線。
一般來說，流星的顏色與其化學成分、大小、速度和蒸發高度有關。 因此，顏色是理解流星的另乙個關鍵，雖然很複雜，但它也是研究流星光譜的好地方。
這裡穿插著原子物理學的瑣事：原子的外部電子在高溫下吸收能量並跳躍到更高的能級，當它們回到較低的能級時，它們會產生特定波長的光子。 由於不同能級之間的能量差異不同，躍遷產生的光子波長也不同。
氧原子能級示意圖丨來源：孫蓉。
例如，氧原子最外層電子 S 和 D 能級之間的能隙甚至更大，從 S 到 D 的轉變會產生頻率更高、波長更短的綠色光譜線 （5577nm）；然而，d 和 p 轉變為 p 和 p 之間的能量差較小，因此發射頻率較低、波長較長的紅光（6364nm，630.0nm）。
一顆快速流星的光譜顯示出強烈的5577nm氧線丨來源：大眾天文學會
不同流星雨的光譜。
流星的速度和成分與光譜之間存在密切關係。 流星光譜按其發射線特徵可分為X、Y、Z和W四種型別，其中X型具有較強的鈣（Ca）H**，Y型具有較強的鈉（Na）和鎂（Mg）譜線，Z型具有豐富的鐵（Fe）或鉻（Cr）譜。 W 型是一類不表現出 X、Y 或 Z 型特徵的其他型別的型別。 這四種型別的流星體的速度分別對應於約15-20 km s的流星體，z約30 km s和y約60 km s的流星體，而w則屬於異常成分的流星體。
一些學者分析了2017年雙子座流星雨、天琴座流星雨、英仙座流星雨和獅子座流星雨的光譜。 考慮到沒有觀測條件和星等完全相同，因此為每場流星雨選擇乙個具有盡可能接近星等和波長範圍的代表性光譜。
不同流星雨的光譜對比丨改編自：大眾天文學學會
從圖中可以看出，由於雙子座流星雨的母體是一顆小行星，而其他流星雨都來自彗星，因此在成分上有明顯的差異，因此可以看出左側的金屬線明顯強於其他流星雨。 除了雙子座流星雨之外，我們還可以看到，隨著速度的增加，流星體攜帶的能量也隨之增加，紅色近紅外端（右）大氣中氧和氮的比例也增加，藍色端的金屬（Ca、Cr、Si和Fe）比例在左邊降低。
此外，雙子座流星雨5577nm處的氧線較弱。 因為這條氧線只出現在110公里以上開始與大氣相互作用的快速流星上，所以雙子座流星雨通常是白色的。 557.7nm 和 7777nm射線（紅外線，不可見）是快速流星光譜最開始的氧線。
流星光譜攝影。
說了這麼多，你是否也對流星光譜感興趣，並準備好在下乙個象限儀座流星雨中嘗試它？ 以下是使用物體稜鏡拍攝流星光譜的方法介紹**。
稜鏡光譜學的原理（也是彩虹形成的原理）實際上是光的色散。 當光通過不同的介質時，它會在傳播方向上偏轉，這種現象稱為光的折射，光偏轉的大小與光的頻率和介質的折射率有關。 由於不同顏色的光的頻率不同，當它們從空氣進入稜鏡時，傳播的方向會被不同的振幅偏轉，這樣我們就可以區分混合在一起的光，這就是光的色散。
稜鏡光譜示意圖丨來源：網路。
根據這個原理，獲得流星光譜的最簡單方法是將這種傾斜的稜鏡插入透鏡中，而不管稜鏡的組合如何。
一種物件端稜鏡設計方案。
稜鏡光譜是最簡單、最便宜的方法，物端稜鏡方案還可以捕捉彗星光譜、恆星光譜、日食光譜等。 缺點是它只能用於探測窄光譜，並且分裂的光譜不是線性的，必須由已知光譜的恆星進行校準。
除了稜鏡光譜，我們還可以使用光柵來獲得光譜，本文就不一一介紹。
使用物體稜鏡捕獲的英仙座流星光譜。 稜鏡將背景恆星與流星的光一起分解，在疊加了幾張影象後，恆星的一些主要吸收線變得更加明顯。 丨攝影：單家輝。
結語。 國內流星的光譜鏡頭還是很少的，希望這篇文章能幫助大家拍攝，成為吸引萬千“玉石”的“磚頭”。
最後，回答最初的問題，因為英仙座流星雨相對較快，它們在大氣層較薄的部分開始發出綠色光，然後到大氣層的下部，在那裡，氧氣和氮氣的寬紅帶佔主導地位，導致流星的末端是紅色的。 所以流星的方向是從右（綠色）到左（紅色）繪製的。 你做對了嗎？ 再拋乙個小問題，極光呈綠色的原因是什麼？
感謝張超先生和葉全志先生對文章的修正。
參考資料： 1] IMO 攝影手冊 - 第 3 部分：流星光譜
2] cheng, s. and cheng, s. wgn, journal of the imo, 2011,39:2
關於作者。 單佳慧
中國科學院紫金山天文台太陽高能組博士生。
王玉婷，中國科學院紫金山天文台天體化學組碩士生。
輪值主編：陳學鵬。
編輯：王克超。
*內容僅代表作者觀點。
它不代表中國科學院物理研究所的立場。
如有需要，請聯絡原件***
*：中國科學院紫金山天文台。
編輯：雪影。