82017 年 7 月 12 日 星期三

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■责编 徐 玢

“陪你去看流星雨，落在这地球上……”十

多年前，一曲《流星雨》红遍大江南北，再加上

2001年狮子座流星雨爆发，更让“流星雨”这个

名词深入人心。

流星通俗来讲，是指在地球大气层外的一

些物体，如宇宙尘粒子、固体块等物质，在接近

地球时由于受到地球引力的摄动而被吸引，从

而进入地球大气层，并与大气摩擦燃烧所产生

的光迹。当地球运行到是由彗星或小行星等

天体散落的“碎石带”时，大量碎片就会被地球

“俘获”，形成短时间集中爆发的流星雨。流星

雨雨量的大小一般用 ZHR 表示。它表示在最

佳状态下，即如果辐射点位于天顶，天空中也

没有光污染时每小时天顶流星数。ZHR 值越

高，观测时间段内每小时理论上看到的流星就

越多，当 ZHR 足够大时，就会出现“星陨如雨”

的壮观景象，例如让大众印象十分深刻的 2001

年的狮子座流星雨，ZHR就突破了 1000。

每年，当地球经过固定流星体带时，人们

就会看到很多流星的轨迹就像从某个辐射点

散射开来，为了方便观测和记录流星雨，人们

将其命名为“其辐射点所在的星座流星雨”。

比如我们前面提到的狮子座流星雨，多数的流

星就像是从狮子座散射出来的。

在北半球，ZHR 大于 100、且比较稳定的

分别是象限仪座流星雨、英仙座流星雨和双子

座流星雨，他们发生的时间大约是每年的 1 月

3 日、8 月 13 日和 12 月 14 日左右，也是值得观

测和拍摄的三大流星雨。

观测流星雨，选择一个晴朗通透的天气是

非常重要的。流星雨偶尔会有一些亮流星出

现，在城区就能观测到，但为了更好的观赏和拍

摄效果，还是建议到郊区选择远离光害、地势开

阔地带更好。为了保证观测成功率，加上考虑

水汽、湿度的影响，如有条件，可以选择西、北方

向的晴天率高的地区，比如新疆、内蒙古等。

选择好合适的地点后，为保证安全，建议

结伴而行，提前踩点熟悉地形，当天观测拍摄

时应天黑前就到达。根据季节的不同，带上帐

篷、头灯、厚衣服、防蚊虫药品等。为了获得更

好的目视效果，建议携带防潮床垫、躺椅等流

星雨专属装备，躺在夜空下欣赏漫天飞舞的流

星，是件非常惬意的事情。

流星转瞬即逝，如何能拍到？其实和拍星

野一样，准备一副稳固的三脚架、快门线、一套

或多套单反装备（全画幅最佳）及大光圈、短焦

距的广角镜头就可以捕获绚丽的流星了。大

光圈的好处在于在一定的时间内进光量更大，

可能拍摄到更暗的流星。架设好设备后，建议

把镜头的朝向对准流星雨所在的辐射点，镜头

设定在最大光圈或者收缩一到两挡，手动对焦

无限远，感光度 ISO 在画质可接受的情况下尽

量提高，每张照片的曝光时间不宜过长，5到 25

秒就可以。设置好参数后，用快门线设置相机

为无间隔连拍状态开始运行就可以张网“捕

获”流星了。

与常规星空拍摄不同的是，流星雨拍摄完

成后，需要单独挑选出有流星的照片，然后通

过星点对齐叠加到一张照片上，虽然从成百上

千的照片中挑选流星工作量巨大，但真正发现

那些漂亮的精灵出现在照片中，也是一件幸福

而快乐的事情。

陪你去看流星雨，落在这镜头上

耿耿星河 GENG GENG XING HE

光谱志

天闻频道

水星是太阳系中距离太阳最近的行星，也是四颗类地行星之一。探测

水星有助于人类理解地球的形成，进而理解太阳系的形成和演化。不过，探

测水星并不容易。日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）和欧洲航天局（ESA）

近日就宣布，日欧共同计划的水星探测器“比皮科伦坡计划”将延迟至 2018

年 10 月发射。

中科院国家天文台研究员郑永春认为，发射延迟是很正常的现象。原因

一是探测器研制的技术难度较大，水星环境非常恶劣，温度最高可达 440℃以

上，加大了探测器的研制难度；二是探测器有发射窗口，也就是说，水星探测器

的发射时间与水星、金星和地球这三个行星的相互位置有关系，水星探测器会

先到金星，然后回到地球，再去水星，这种位置关系不是一直都有。

“比皮科伦坡计划”将由日本宇宙航空研究开发机构和欧洲航天局合作，

同时发射 2 个探测器绕水星飞行，对水星的表面、内部及磁场等进行综合观

测，探寻水星的形成过程。郑永春说，人类实施的水星探测任务很少，我们对

水星的了解还很浅薄，这种情况下对水星进行探测就集中在对水星基本情况

的探测上，包括水星表面的地形地貌、内部结构以及磁场几个方面。

目前为止，只有美国 NASA 的“水手 10 号”和“信使号”探测过水星，日欧

此次的“比皮科伦坡计划”将是人类迄今第三次对水星进行探测。1973年，美

国“水手 10 号”从地球出发，它 3 次掠过水星，拍下了 45%水星表面的照片，并

发现水星有微弱磁场和巨大的铁质核心。2004 年 8 月，美国的“信使号”对水

星进行了高分辨率的地形地貌、表面物质成分、磁场、大气成分和近空环境勘

测任务，并证实水星具有液态铁核。此外，信使号还发现水星存在一些水冰。

郑永春说，这一发现说明，水星虽然离太阳最近，但其南北极存在一些太阳照

射不到的深坑，那里处于永久黑暗状态，温度很低，来自彗星的水冰可以保存

在这些深坑底部。

日欧水星探测器将在南美洲的法属圭亚那由阿丽亚娜 5 型火箭发射升

空，预计飞行近 7.2 年，于 2025 年 12 月到达水星。“比皮号”原计划用俄罗斯联

盟号火箭在哈萨克斯坦的航天发射场发射。但因为“比皮号”探测器尺寸太

大，因而选择了成本更高的欧洲研制的阿丽亚娜 5型火箭发射升空。

美国已经两次探测水星，日欧也正联合开展水星探测，那么我国是否有水

星探测计划？郑永春说，在选择深空探测目标时，一般会按照由近到远、由易

到难的顺序，优先探测那些科学意义更重大的天体、技术能力可以实现的天

体。因此，根据我国相关规划，我国深空探测的第一步是探月，可能在今年年

底之前完成绕月、落月、采样返回的三步走目标。下一步我国的探测重点是火

星，在 2020年左右我国将发射火星探测器。接着中国可能会开展小行星的探

测，甚至是木星的探测。不过，我国目前还没有对水星的探测计划。

日欧水星探测计划再延迟行星科学家表示很正常

王俊峰 罗 程 王乐天

日前，一条有关空间引力波探测的消息在

天文圈被刷屏。

据欧洲太空局（以下简称欧空局）官网报

道，其下属科学项目委员会在 6月 20日举行的

会议中一致决定，将探测引力波的激光干涉空

间天线（LISA）正式确定为欧空局第三大型空

间任务（L3）。根据时间表，LISA 将在 2034 年

开始从空中探测引力波。

事实上，除 LISA 外，我国也计划在空间展

开引力波探索。那么相对于地基引力波探

测，空间探测引力波有什么不同？当这些空

间探测站投入使用后，地基引力波探测还将

发挥哪些作用？科技日报记者就此采访了业

内专家。

空间引力波探测空间引力波探测：：在太空中捕捉引力波在太空中捕捉引力波““音符音符””

本报记者 唐 婷

自爱因斯坦预言引力波的存在以来，无

数科学家和科研机构前赴后继地研究和观测

引力波，通过各种科学实验设法捕捉引力波

的踪迹。

简单地说，引力波是巨大天体在加速运

动 时 在 宇 宙 中 产 生 的 一 种 特 殊 的“ 时 空 涟

漪”，可以将其想象成在时空本身的微小起

伏。随着引力波的传播，它将拉伸或挤压物

体，但这些形变仅仅有亚原子量级，也就是比

原子更微小的物质层次。因为微小，所以观

测起来非常不易。

经过几代人 30 多年的不懈努力和技术及

装置上的一次次更新，激光干涉引力波天文台

（LIGO）自 2015 年 9 月直接探测到第一例引力

波事例以来，已经确定探测到了三例。LIGO

的两个干涉仪都建在地面，分别位于相距 3000

公里的美国南海岸路易斯安那州的利文思顿

和美国西北海岸华盛顿州的汉福德。

不同于 LIGO，LISA 是首个建在太空中的

引力波天文台，由三个相同的航天器构成一个

边长为 250 万公里的等边三角形，沿着与地球

相同的日心轨道运行。

LISA 任务的进展可谓一波三折。早在 20

世纪 90 年代，美国航空航天局（NASA）和欧

洲航天局计划合作推进 LISA 任务。但到了

2011 年，美方因预算问题退出该任务。2013

年欧空局提议，将其列为欧空局科学计划中

的第三大任务，但由于经费紧张等问题迟迟

没有做出决定。

据报道，在 LIGO 多次探测到引力波，以及

LISA探路者成功发射并完成第一阶段科学任务

的激励下，NASA有意出资任务总额的20%重回

LISA。在此背景下，欧空局因此正式决定，将

LISA纳入大型任务“花名册”。如果进展顺利，

LISA将在2034年开始从空中探测引力波。

“作为空间引力波探测项目的代表，LISA

在任务概念的层面为空间引力波探测学科描绘

出了清晰的路径与平台, 为国际上其他空间激

光干涉引力波探测项目的设计提供了参考。”中

国科学院国家天文台研究员苟利军介绍。

一波三折的LISA任务

既然在地面上已经探测到了引力波，为什

么还要发射探测器去太空中寻找呢？

苟利军向科技日报记者展示了一张引力

波探测范围的频谱图，从 10-16 赫兹到 102 赫兹

及以上，图上用一个柱状图标示出了太空干涉

仪覆盖的探测范围大约为 10-4赫兹到 0。

天体来源的引力波按照其质量等特征量

的改变具有非常宽广的频段, 从小于微赫兹

至千赫兹跨越约 10 个量级。需要特别说明的

是，空间与地面引力波探测项目都使用了非常

类似的探测方式，也就是激光干涉，差别在于

测量频段和目标波源不同。

苟利军打了个比方。如果把引力波比作

是乐声，天体发出声音有高音和低音，那么，地

面干涉仪“听”到的就是高音，而太空干涉仪

“听”到的则是中低音。

受地面试验尺度的限制，地面探测频段被限

制在10赫兹以上，探测的引力波源主要包括几十

至几百太阳质量黑洞的并合系统、部分双中子星

并合系统等。这些系统的尺度相对较小。

而在太空中，试验尺度很容易达到非常

大，同时探测器也不会受到地表振动、重力梯

度等噪声的干扰，所以能够相对比较容易地探

测到频段在 10－5赫兹到 0.1 赫兹的中低频引力

波。和地面探测相比，太空探测的波源普遍来

说特征尺度非常大的系统，比如百万太阳质量

的超大黑洞系统、或者恒星量级黑洞在距离很

远的时候，以及极端质量比的黑洞系统等。

“地面引力波探测与空间引力波探测，实

质上是一个互为补充的关系，两者结合在一起

可实现更加宽广波段的引力波探测与研究。”

苟利军说道。

有业内人士指出，尽管LISA探路者2016年

的结果已经证明 LISA 所需的探测技术是可行

的，但当时实验所用的两个探测设备仅仅相隔38

厘米，然而要让三个探测器在彼此相隔250万公

里的情况下保持距离异常稳定，技术挑战要大得

多，所以预期卫星发射不会早于2034年。

空间与地面探测不同频率“乐章”

近日，国家天文台科研人员利用郭守敬望远镜（LAMOST）观测的反银

心方向的 K 巨星样本，分析了银河外盘的结构。发现银河系的外盘要比以

前人们猜想的更大更厚，这对银河系盘的形成提供了新的线索，也对现有动

力学模型提出了挑战。

银河系是典型的旋涡星系，解析银盘的结构有助于我们理解银河系及

其他旋涡星系的形成与演化历史。天文学家已发展了多种动力学建模方法

来分析银河系结构。其中基于作用量的分布函数的环面模型是一种较新的

方法。

近年来，LAMOST 望远镜河内巡天在银河系中心相反方向获取了海量观

测数据，是开展银河系更远外盘结构研究的最好且最大的样本。科研人员利

用环面模型的方法分析了 LAMOST巡天的 K巨星样本，发现主流的模型并不

能够很好地延拓到银盘外区；以前模型预言的速度分布过窄。

经研究分析，该工作发现了传统银盘模型的不足，并指出银盘的尺寸要比

之前人们理解的大很多，也厚得多。该研究预示了银河系外盘区域可能存在

着更为复杂的起源或结构。

该项研究成果已被《皇家天文学会月刊（MNRAS）》接收。

（据国家天文台官网）

国家天文台利用LAMOST数据获得银河系外盘结构研究成果

探测引力波，除了以 LIGO 为代表的地面

激光干涉测距，和以 LISA 为代表的空间激光

干涉测距外，是否还有别的技术路径？中国科

学院国家天文台研究员平劲松等人最近的一

项研究成果提供了另外的一种可能性。

平劲松参与的一项地月空间高精度微波

测距测速技术联合研究表明，在实现对地月空

间定位导航授时的同时，有机会通过超高精度

的探测器星间距离和速度的连续测量，支持对

空间低频引力波的探测。

“借助深空任务的测控和导航平台实现对

引力理论的验证，通常不是专门为验证引力理

论安排的探测，而是在卫星工程主要的测定轨

任务中嵌入的副产品。探测的性价比超高。”

平劲松向科技日报记者介绍道。借助月球探

测 任 务 ，用 深 空 微 波 测 量 技 术 ，可 以 探 测

0.001—0.000002赫兹频段的引力波。

1970 年以来，以 NASA 为代表的深空探测

机构，一直在努力推动和尝试将原本用在探测

器—地面站之间高精度微波测速技术用于引

力波探测。但由于没有使用空间对称分布的

探测器差分技术，受地球上大气、电离层、板块

运动、潮汐、地震的因素干扰，误差较大。

“我们提出的在地月空间，借助对称分布

的拉格朗日平动点 L4/L5 的几何构型，就可以

在差分速度和距离观测中，最大限度地抵消现

有深空技术中存在的来自地球和链路上的干

扰信息。”平劲松表示。

假设一个小天体同时受两个互相绕转的大

天体的引力作用。当小天体运行到在空间中某

一点时，它受力平衡且相对于两大天体保持相

对静止，这个点就叫做两个大天体空间的拉格

朗日平动点。平劲松解释道，在地月运行的轨

道面，有 2 个三角平动点 L4、L5，每一个平动点

和地月连线能构成一个等边三角形。引力波传

播一般是先到达其中一个平动点，再到达另一

个点。“将探测器设置到这两个点上时，同时测

到的两个探测器到月面或地面测站距离数据相

减，能最大程度抵消共同路径上发生或共同测

量设备受到的干扰信息。”平劲松说，“我们可以

在观测中突出保留对称分布的探测器之间的距

离扰动信息，争取分离出低频引力波事件。”

低频引力波探测的新路径

（本版图片除标注外均来自网络）

本报记者 唐 芳

2015年12月15日罗程在中国科学院国家天文台河北兴隆观测站拍摄的双子座流星雨，多张叠加。

不同频率引力波的探测方式