双子座流星雨(法厄同小行星造成的流星雨)

双子座流星体（Geminid shower或Geminids）是辐射点在双子座附近的的流星雨，是北半球三大流星雨之一。双子座流星雨的母体是法厄同小行星，辐射点位于双子座β北河三附近。成因是太阳照射导致法厄同小行星表面开裂，抛出尘埃物质形成尘埃带，地球经过时尘埃物质闯入大气层形成流星现象这一过程。

双子座流星雨每年都可观测，特点是流量大且稳定，流星体速度中等较慢，色彩丰富，出现火流星机率大。其与象限仪座流星雨、英仙座流星雨一起被称为北半球三大流星雨。既适合目视，也适合天文摄影的初学者进行拍摄。观测时期为每年12月4日开幕，通常在12月4日至16日左右达到顶峰，最高强度的日期是12月14日早上。在最佳条件下，最近的阵雨每小时有120-160颗流星，通常在当地时间02：00至03：00左右。

双子座流星雨于1862年首次被观测到。早在1038年至1099年间，人类曾观测到14个火球，他们均可能来自双子座流星雨现象。其母星法厄同小行星是一颗形状不规则直径大约5公里活跃的近地小行星，1983年首次被发现，美国航空航天局将其列为“潜在危险”级别的小行星。美国航空航天局的红外天文卫星IRAS发现法厄同小行星的轨道与超级施密特摄影机拍摄的双子座流星雨轨道要素几乎重合，因此推断法厄同小行星应该就是双子座流星雨的母星。2009年6月，法厄同小行星突然亮度增加，科学家们随即发现法厄同小行星出现了一条短尾，并以此研究了双子座流星雨的成因，质疑烘焙论。根据帕克太阳探测器的数据，2023年的一项研究提出，双子座流星雨可能是由一颗彗星的灾难性解体形成的，除了法厄同之外，这颗彗星还形成了小行星2005 UD和1999 YC。

发现与命名

发现

早期研究

早在1038年至1099年间，人类曾观测到2个火球，在1038年至1099年间曾观测到14个火球他们均可能来自双子座流星雨现象。1077年一颗双子座流星体在长谷川（1999）的中原地区古编年史中被发现。模型（Ryabova \u0026 Rendtel 2018）证实，双子座流星雨可能自1100年左右以来就在地球上被观测到。在对演化、流星体质量分离和流星体寿命的回顾性分析的基础上，天文学家Ryabova估计双子座流的年龄不超过几千年。天文学家Beech分析了三个双子座火球的初始旋转时间尺度和闪烁，发现火球隐含的年龄在1000-4000年之间，与早期天文学家的推算一致。

19世纪中叶双子座流星雨又突然出现，当时并不显眼，每小时仅有10~20颗，但从出现开始，它的数量便逐年增加。在1862 年双子座流星雨首次由科学手段观测到，天文学家随即开始寻找其母彗星。大部分的流星雨都是当彗星行经大阳附近时留下的残骸，沿着彗星路径形成一条细长的流星体带，经过数年的寻找后依然没有结果。

快速发展

1983年美国航空航天局的红外天文卫星IRAS发现了一个奇特的星体被临时命名为1983TB（Green\u0026Kowal，1983）其轨道与超级施密特摄影机拍摄的双子座流星雨轨道要素几乎重合，与双子座流星群的轨道十分接近，因此推断它应该就是双子座流星雨的母体。双子座流星雨的母体是一颗近地石质小行星，这颗小行星名为第 3200号Phaethon（法厄同），其轨道呈长椭状。当时人们因它的光谱看上去像石质小行星，但轨道却很像彗星，所以对法厄同小行星的性质产生质疑和讨论。有人认为法厄同小行星是一颗耗尽的或休眠的彗星，外表面积聚了厚的行星际尘埃。因此它会有小行星的外表，却有彗星的内核。

在2004年的双子座流星雨观测中，研究者们在总计612.03小时的有效观测时间内，记录到了29,077颗流星。

2009年6月，天文爱好者沃森（Watson）正通过环绕太阳运行的“日地关系天文”（STEREO）搜寻飞掠太阳的彗星，却意外发现当时正通过近日点的法厄同小行星突然增亮。因为法厄同小行星的近日点距离只有0.14天文单位，离太阳不到8度，地面望远镜无法指向这么靠近太阳的位置，无人预料到它能在这么靠近太阳的地方才开始活动。在这之后，以加州大学洛杉矶分校戴维·朱维特（David Jewitt）为首的一个国际联合小组迅速跟进，细致研究了这一现象。他们的确发现法厄同出现了一条短尾，但他们认为这和通常以水冰升华驱动的“彗星活动”不一样这条尾巴更像是由被“烤”出来的岩石碎屑组成，因为法厄松在近日点前后表面温度可达1000℃。法厄松“长尾巴”一事，无法解释双子座流星雨的成因，朱维特的计算发现，若仅靠“烘焙法”产生尘埃，法厄松需要被“烤”至少好几万年，才有可能产生已观察到的双子座流星雨的流量，而双子座流星雨的强度表明它的年龄不会超过一两千年，所以“烘烤说”不能解释双子座流星雨的成因。

2017年12月16日，法厄同小行星与地球发生了近距离接触，引发了天文学家广泛的观测活动，随后发表了约50篇论文。计划于2024年发射的日德“目的地”（DESTINY）小行星“法厄同”太空任务增强了人们法厄同和双子座流星雨的兴趣。天文学家通过半分析建模、辐射和辐射面积、质量分布等定性科学研究方法分析了双子座流星雨的流星雨模型辐射区域，以确定流星起源的彗星场景。他们发现，双子座流星雨辐射区域显示出特定的模式。具体而言（λ⊙，α）太阳经度图取决于粒子的喷射速度，而喷射速度又取决于粒子质量或者尺寸。这项结果将作为未来应用于观测到的双子座流星雨样本的基础。

命名

双子座流星雨又名法厄同流星雨，而法厄同小行星的则是得名于一则希腊神话。法厄同是阿波罗神与一位埃塞俄比亚凡人母亲所生的孩子。在法厄同出生时，他的父亲阿波罗赋予了他一个愿望。他选择驾驶太阳神的战车。然而，由于缺乏驾驭战车的能力，他不慎引发了灾难，导致现今撒哈拉沙漠地区的干旱。为了防止进一步的灾难，宙斯不得不将他击落。法厄同如同流星般陨落。天文学家惠普尔（Fred Whipple）用希腊神话中的这个故事将一颗小行星命名为法厄同，他认出它位于双子座流星雨中间的轨道上所以双子座流星雨这一现象才因此得名。

形成过程

图源：

2009年6月，当法厄同小行星接近其轨道的近日点时，加州大学洛杉矶分校的科学家利用美国航空航天局的探测器对其进行了观测。观测期间，小行星的亮度异常增加，这不能用星体反射阳光的常规解释。科学家们通过对小行星北半球和赤道区域的光谱分析，试图寻找其表面水合矿物的证据。研究结果显示，小行星表面未显示出3微米水合矿物吸收的特征（误差在2σ以内）。

法厄同小行星的现代活动并非由其表面硅酸盐的挥发性升华或脱挥引起。观测到的小行星部分最初可能含有水分，但后来通过脱水过程从表面失去了挥发性物质，这支持了它与Pallas小行星家族的关联，或者它可能是由无水材料构成的。科学家们分析探测数据后得出结论，当法厄同小行星靠近太阳时，朝向太阳的一面被加热至约780℃，足以使岩石膨胀并产生裂缝，导致含水矿物脱水并破碎，从而释放出尘埃。这些尘埃反射阳光，使小行星亮度突然增加。当地球穿过小行星留下的尘埃带时，尘埃进入地球大气层，形成了流星雨。

现象特征

图源：

双子座流星雨流星体颜色偏白，除白色外还有红、黄、蓝、绿多种颜色，其速度中缓，亮流星很多，常有火流星出现。依据此前天文测算，它的每小时最大天顶流量可达到150颗。双子座流星雨的速度为35公里每秒。观测时期为每年12月6日开幕,13-14日达到极大期。双子座流星雨的极大期通常可持续1~2天。

双子座流星雨是少数几个整夜活跃的年度流星雨之一。观测时期的下午5点以后，可能会看到一些双子座流星缓慢地向天顶划过，或平行于北部或东南部地平线射出。这些早期的双子座流星雨是特别的，因为夜晚的流星雨只能掠过大气层的顶部。因此，与夜间晚些时候看到的双子座流星雨相比，这些早期的流星将持续更长的时间，并在天空中产生更长的条纹，只是流星数量将很低。

观测方法

在每年的12月中旬，天黑后不久双子座就从东方偏北的地平线上升起。双子座流星雨的辐射点位于双子座β北河三附近。辐射点从东方偏北的地平线上升出地面后就可以开始观测流星。不过此时辐射点高度很低，能看到的流星数量不会太多。随着时间推移，辐射点越升越高，从东向西方向划过天空，午夜过后，辐射点升到最高，天亮前移动到西方天空，整个晚上，辐射点都在地平线以上，几乎彻夜可见。观测从12月14日天黑后可以一直持续到15日凌晨天亮前，观测时间可以长达10个小时左右。

肉眼观测

设备拍摄

图源：

拍摄双子座流星雨流星，需配备有长时间曝光功能的相机及较广角的镜头。利用星点作对焦后，对准天顶或天空中最为黑暗的区域，将光圈及感光度调至合适数值（例如F2.8或以下，ISO 800或以上，视乎镜头及相机的设计，以及现场的环境而定），并视乎有否使用追星装置，选择合适的曝光时间。一般而言，曝光时间愈长则愈有机会拍摄到突如其来的流星。如打算长时间曝光，可考虑收细光圈（例如F4/F8）或感光度（例如ISO 400），以提升照片质素。善用遥控或延迟拍摄功能，更可避免因相机晃动而令星点影像变形。

1.远离城市的灯光，找一个天空黑暗的地方，避免月光干扰

由于光线过多，眼睛将很难看到较暗的流星，而且图像会被光芒淹没。调低相机屏幕的亮度将有助于让眼睛适应黑暗。2018年狮子座流星雨的高峰期发生在新月之后，这意味着月亮将在凌晨3点落下，给充满希望的天空观察者留下一个没有月光的天空，所以要注意当天天气状况。

2.使用三脚架

流星摄影需要长时间曝光，人为操作相机无法将画面静止到足以清晰拍摄。选择较重的三脚架有助于减少风和脚步声引起的晃动，但即使是轻巧的三脚架也可以。可以随时将沙袋放在三脚架的脚上，以增加重量和稳定性。

4.使用广角镜头。

广角镜头将捕捉到更多的天空，捕捉流星机率更大，而长焦镜头可以捕捉到更小的天空区域。可以作为拍摄相对稳定的天体。

5.计算相机的曝光时间

当地球自转时，流星也在加速运动，将快门打开的时间设置充足，可能会捕捉到一些运动影像。如果想避免明显的星体运动，可以遵循500mm法则。取500mm 并将其除以镜头的长度，由此产生的数字是在看到星迹之前可以保持快门打开的时间长度（以秒为单位）。例如，如果使用的是20mm镜头，则25秒是设置曝光时间的最佳数值，星迹将展现图像中。

历年观测

2014年

2014年双子座流星雨观测期为12月6日至19日，12月8日是观赏双子座流星的好时机，极大期在12月13-14日晚。13日晚上每小时产生约80-100颗流星。午夜后月亮升起，会影响流星雨的观测。

2015年

极大期在北京时间2015年12月15日凌晨2点左右，流星数量最高时可达每小时120颗。有轻度霾，低空能见度也将降低，观测难度大。

2016年

极大期在北京时间2016年12月13日,受到“超级月亮”的干扰，观测到的双子座流星雨比较少，每小时只有20多颗。多数是大而亮的流星，其中不乏紫色的火流星，其亮度可与金星和木星相媲美。由于当晚刮北风，天气极好，最多时一分钟能观测到2－3颗亮度很高的流星。

2017年

北京时间12月12日-12月15日21时到次日6时为观测最佳时间段。12月13日21时到14日6时最佳观测夜空位置为双子座北河三和北河二，天黑后东方偏北夜空可观。极大对应在西半球。近新月不受月光影响。太阳西落后2小时双子座升起。

2018年

极大发生在12月14日20时30前后。双子座流星雨的峰值时每小时只有30颗流星。但是木星的引l力使流星雨更接近星球，增加了每小时100颗流星的射星率。双子座流星雨在北半球和南半球都能看到，在那里它24小时都是明亮的。根据美国流星协会2018年的预测，当天晚空中也会出现新月。每小时可目睹到流星约100颗。

2019年

2019年12月14日10时至15日7时，双子座流星雨极大出现，全球绝大多数地区的公众都有机会观测到它。天文专家介绍，每小时将有100多颗流星划过天空。

2020年

不受月光干扰最佳的观测时间是13日整晚和14日整晚，由于适逢农历十月二十九和三十，整夜都没有月光干扰，观测条件很好。另外，双子座流星雨的辐射点在入夜后自东北地区偏东方升起，几乎整夜可见。

2021年

北半球将在12月14日迎来极大，极大时ZHR（在理想观测条件下，辐射点位于头顶正上方时，每小时能看到的流星数量）为150，但14日为农历十一月十一，月相为盈凸月，明亮的月光会对观测造成干扰，月亮在后半夜就会落下，此时双子座流星雨的辐射点也会升得比较高。

2022年

12月14日21时迎来极大，极大时每小时天顶流量达100颗以上。14日夜晚至15日凌晨最适合观赏。14日太阳落山后不久，双子座就会从东北方升起，此时双子座流星雨的辐射点较低，能看到的流星数量不会很多；午夜时分，双子座已经升到半空中，随着双子座流星雨的辐射点升高，能看到的流星数量也逐渐增加。月亮会在午夜前升起，明亮的月光将会淹没那些稍暗的流星。整个后半夜，月光也都会伴随着流星雨。

争议

一项使用美国航空航天局两个太阳天文台的新研究表明，法厄同的尾巴根本没有灰尘，而实际上是由钠气体组成的。加州理工学院博士生张启成发表在《行星科学杂志》上的一篇论文里提到“我们的分析表明，法厄同的彗星状活动不能用任何一种尘埃来解释。”他是该书的主要作者。小行星大多是岩石，当它们接近太阳时通常不会形成尾巴。然而，彗星是冰和岩石的混合物，当太阳蒸发它们的冰时，通常会形成尾巴，将物质从表面炸开并沿着它们的轨道留下痕迹。当地球穿过碎片轨迹时，这些彗星碎片在大气层中燃烧并产生一群流星，形成流星雨现象。

天文学家在1983年发现法厄同后，他们意识到这颗小行星的轨道与双子座流星的轨道相匹配。这表明法厄同是每年流星雨的来源，尽管法厄同是一颗小行星而不是彗星。2009年，美国航空航天局的太阳地球关系天文台（STEREO）发现了一条从法厄同延伸的短尾巴，因为小行星沿着其524天的轨道到达了离太阳（或“近日点”）最近的点。

普通望远镜以前没有看到尾巴，因为它只有在法厄同离太阳太近而无法观测时才会形成。来自太阳和日光层天文台（SOHO）的两小时图像序列显示法厄同（圈出）相对于背景恒星移动。虽然SOHO定期观测太阳，但它也观测到许多经过太阳附近的物体，包括彗星和小行星。随机的白色斑点是高能粒子或宇宙射线，不断轰击SOHO相机。还看到法厄同的尾巴在2012年和2016年后来的太阳能方法中发展。尾巴的外观支持了尘埃在被太阳加热时逃离小行星表面的观点。然而，在2018年，另一项太阳任务对双子座碎片轨迹的一部分进行了成像，并发现了一个惊喜。美国航空航天局帕克太阳探测器的观测表明，这条轨迹所包含的物质远远超过法厄同在接近太阳时可能脱落的物质。

张的团队想知道除了尘埃之外，是否还有其他东西是法厄同彗星般的行为背后的原因。张启成提出“彗星在非常靠近太阳时经常通过钠发射发出明亮的光芒，所以我们怀疑钠同样可以在法厄同的增亮中发挥关键作用。”一项基于模型和实验室测试的早期研究表明，在法厄同接近太阳期间，太阳的强烈热量确实可以蒸发小行星内的钠并驱动类似彗星的活动。

为了找出尾巴到底是由什么组成的，张启成在2022年法厄同小行星最新的近日点上再次寻找它。他使用了太阳和日光层天文台（SOHO）航天器，还搜索了STEREO和SOHO的档案图像，在1997年至2022年间法厄同的18次近距离太阳接近中发现了尾巴。在SOHO的观测中，小行星的尾巴在探测钠的过滤器中看起来很亮，但在探测尘埃的过滤器中却没有出现。此外，尾巴的形状和法厄同经过太阳时变亮的方式与科学家所期望的完全一致，如果它是由钠制成的，但如果它是由尘埃制成的，则不是这样。这一证据表明，法厄同的尾巴是由钠而不是灰尘制成的。