只要觀測天氣條件良好，中國科學(xué)院大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院博士研究生李鎮(zhèn)業(yè)每天都會在社交媒體上更新流星觀測情況。觀測數(shù)據(jù)的來源，是國科大天文與空間科學(xué)學(xué)院和中國科學(xué)院國家天文臺支持建設(shè)起的流星多站視頻監(jiān)測網(wǎng)。目前，這張網(wǎng)分布在北京及周邊區(qū)域，已經(jīng)記錄了7000多顆流星的軌跡。
火流星從國家天文臺興隆基地施密特望遠(yuǎn)鏡圓頂上空飛過
歷時數(shù)年“織”起監(jiān)測網(wǎng)
“流星是非常美麗的天文現(xiàn)象。”李鎮(zhèn)業(yè)是專業(yè)的天文愛好者，與天文的緣分可以追溯到中學(xué)時期。進(jìn)入大學(xué)后，他更是積極參與天文觀測活動，選讀了天文學(xué)的雙學(xué)位，還曾親手組裝小型的流星相機，經(jīng)常到野外拍攝流星。
在選擇碩士專業(yè)方向時，他堅持了自己熱愛的方向——天文技術(shù)與方法。這個專業(yè)主要是開展天文觀測、數(shù)據(jù)處理和天文儀器設(shè)備研制等研究。
李鎮(zhèn)業(yè)
在科研工作之余，李鎮(zhèn)業(yè)堅持追“星”。他說，隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，流星光學(xué)觀測手段經(jīng)歷了從目視到拍照，再到視頻拍攝的多次變革。為了更好地捕捉流星的軌跡，在導(dǎo)師的支持下，李鎮(zhèn)業(yè)和多位好友一起組建了團(tuán)隊，提出要設(shè)計打造流星監(jiān)測網(wǎng)。
流星的觀測與常見的天文觀測模式不盡相同，觀測者為了定位一顆流星，需要利用間隔幾十公里的兩個站點同時展開觀測，然后通過雙站三角定位，繪出流星在空間中的精確三維軌跡，最終反推出流星體在太陽系中的飛行軌道。
“建設(shè)監(jiān)測系統(tǒng)也很復(fù)雜，涉及到多個學(xué)科方向，我們斷斷續(xù)續(xù)做了兩三年。好在我們是一支各有所長的團(tuán)隊，大家雖來自五湖四海，但在老師們的指導(dǎo)下，我們實現(xiàn)了合理分工。”李鎮(zhèn)業(yè)舉例，流星三維定位程序設(shè)計、流星相機運行、自動化處理流程優(yōu)化……大家各司其職。
他們克服的困難“一言難盡”——軟件編寫、測試，再編寫、再測試，這個過程需要反復(fù)試錯。“在山間的寒冬里安裝調(diào)試設(shè)備，真的是一件很辛苦的事。”
2020年底，雙子座流星雨前，他們終于完成了流星監(jiān)測的軟件開發(fā)，并把這次流星雨觀測作為軟件的一次大考。
夜幕降臨，宛若拉響了“考試鈴聲”。一顆、兩顆、三顆……流星相機目不轉(zhuǎn)睛地盯著深邃的夜空，不放過每一顆轉(zhuǎn)瞬即逝的流星。兩個觀測站從不同視角，一一記錄下每顆流星的天球坐標(biāo)。
“后面的所有計算工作都是由系統(tǒng)自動完成的。流星只要現(xiàn)身，系統(tǒng)就能實時識別、保存數(shù)據(jù)。它的‘眼神兒’也老練，能分辨出流星與飛機、人造衛(wèi)星等目標(biāo)的差別。”李鎮(zhèn)業(yè)回憶，那次“考試”，兩個站點分別觀測到了500余顆流星，后續(xù)還精確測量了76顆流星體的軌道。
高質(zhì)量的成果得到了更多人的認(rèn)可。2021年，“流星雙站視頻監(jiān)測系統(tǒng)”獲得第十一屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技競賽特等獎。此時，李鎮(zhèn)業(yè)開始攻讀博士，將自己的研究方向正式確定為流星多站視頻觀測，開發(fā)流星視頻監(jiān)測軟硬件和數(shù)據(jù)平臺。觀測站點的范圍也不斷擴大。
捕捉到7000余道夜空“尾焰”
李鎮(zhèn)業(yè)解釋，與動輒距離地球數(shù)十萬光年乃至更遠(yuǎn)的天體相比，流星算得上是“近在咫尺”。在抵達(dá)地球之前，流星就像是飛行在宇宙中的“小石子”。當(dāng)它們高速飛抵地球時，與大氣發(fā)生摩擦，發(fā)光發(fā)熱。此時，它們所處高度僅距地面約100公里至30公里。因此，從地面上不同的位置觀測流星，其飛行的角度和狀態(tài)會有明顯差異。這就是流星多站視頻觀測的重要價值。
為了更好地記錄飛過北京上空的流星，團(tuán)隊就務(wù)必要打造一張“網(wǎng)”，實現(xiàn)多角度視頻觀測。他們在北京及周邊區(qū)域分散選址，分別在國家天文臺興隆觀測基地、武清觀測站、長哨營滿族鄉(xiāng)中心小學(xué)、百花山國家級自然保護(hù)區(qū)建設(shè)了流星觀測站，覆蓋探測范圍約20萬平方公里。
李鎮(zhèn)業(yè)在安裝流星監(jiān)測站相關(guān)設(shè)備
作為監(jiān)測站點之一，長哨營中心小學(xué)與國科大的合作由來已久。近年來，國科大天文與空間科學(xué)學(xué)院的師生會定期為孩子們帶來天文知識科普課程。李鎮(zhèn)業(yè)在到這所小學(xué)安裝設(shè)備時，也分享了流星雨的科普知識。“后續(xù)我們計劃把系統(tǒng)產(chǎn)出的數(shù)據(jù)，作為學(xué)校天文科普課程的一環(huán)，鍛煉孩子們的動手能力，幫助他們學(xué)習(xí)天文基礎(chǔ)知識。”
在長哨營中心小學(xué)安裝的流星監(jiān)測站
“夜空還是很‘繁忙’的。”李鎮(zhèn)業(yè)笑著說，4個站點建立還不到1年時間，這張流星監(jiān)測網(wǎng)就已經(jīng)探測到7000多顆流星的軌跡。平日，各站點的數(shù)據(jù)都能實現(xiàn)自動收集，一顆流星劃過夜空后，只需幾十秒，其軌跡就能計算完成并存儲到后臺。
李鎮(zhèn)業(yè)補充解釋： “觀測天體一般是‘定點’工作，用天文望遠(yuǎn)鏡定期觀測。但流星來去匆匆，必須長時間、連續(xù)觀測才能積累有效數(shù)據(jù)。”這對相關(guān)設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性提出了很大挑戰(zhàn)。在下雨、沙塵等惡劣氣候條件下，設(shè)備不需要人工介入也可以正常工作。
2024年1月29日19時許，流星監(jiān)測網(wǎng)的3個站點同時捕捉到了一顆高亮度流星。“這次觀測意義重大。這些‘眼睛’能從多個角度，代替我記錄下流星的一舉一動。”李鎮(zhèn)業(yè)表示，每天醒來看到新的流星數(shù)據(jù)“入賬”，這是一件很有成就感的事情。
尋找“天外來客”解密宇宙
“現(xiàn)在國內(nèi)很多流星愛好者也在建設(shè)、運行流星相機。但從客觀角度分析，他們對流星數(shù)據(jù)的深加工能力稍顯不足。”李鎮(zhèn)業(yè)說，對天文研究而言，只有圖像資料遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，流星的軌跡如何、在哪里爆炸、隕石可能在哪里墜落，都關(guān)系到后續(xù)的科學(xué)研究工作。
流星軌跡數(shù)據(jù)是天文研究承前啟后的一環(huán)。當(dāng)科研人員獲取到流星軌跡，就能反推出它們在進(jìn)入大氣層前，在太空中的運行軌跡，進(jìn)而追溯這些碎屑顆粒產(chǎn)生的源頭，分析探索彗星、小行星等天體的活動特征，乃至太陽系的起源與演化。“如果流星在飛過大氣層時沒有燃盡，剩余部分就有可能形成隕石。”而流星監(jiān)測網(wǎng)的一大功能就是計算隕石的落點位置。
厘米級甚至更小的宇宙塵埃就能形成流星，如果是體積達(dá)到幾十厘米的天體碎屑，就可能落地形成隕石。半個多月前，現(xiàn)身北京上空的明亮火流星，體積一定不小，它是否會有未燃盡的部分落地？
“這樣珍貴的機會，一年可能也只能碰到一次。”李鎮(zhèn)業(yè)立刻檢查流星監(jiān)測網(wǎng)后臺數(shù)據(jù)，調(diào)試出了這顆流星的軌跡——從北京東側(cè)的上空闖入地球大氣，在平谷區(qū)上空經(jīng)歷了劇烈空爆，最終消失在順義區(qū)上空。
根據(jù)流星消失前的位置和速度，李鎮(zhèn)業(yè)在系統(tǒng)中分別模擬生成了1千克、100克、10克隕石碎片的墜落軌跡。結(jié)果顯示，隕石最有可能墜落在位于昌平區(qū)和順義區(qū)的一片長條形區(qū)域內(nèi)。
團(tuán)隊立刻組建了一支“隕石小分隊”開展搜尋工作，公開發(fā)布了火流星的詳細(xì)數(shù)據(jù)，希望發(fā)動更多力量加入搜索隊伍。
“目前，人類通過光學(xué)觀測能說清來源的隕石，在全世界范圍內(nèi)也只有幾十顆。”李鎮(zhèn)業(yè)說，雖然作為“天外來客”的普通隕石總量不算少，但大多數(shù)都是“無頭懸案”，暫時說不清其來自何方。如果有幸獲取到這樣珍貴的隕石樣本，就能到實驗室中開展很多僅靠天文觀測無法開展的后續(xù)研究。巖石成分分析、同位素組成，乃至生命跡象的尋找，都必須依托隕石樣本開展研究。
“建設(shè)這張‘網(wǎng)’，既有關(guān)乎太陽系起源的靈魂一問，也有保護(hù)航天器安全的現(xiàn)實意義。”李鎮(zhèn)業(yè)期待，未來能建立一張覆蓋全國的流星監(jiān)測網(wǎng)。當(dāng)前，歐洲、美國已經(jīng)建設(shè)起比較完整的流星監(jiān)測網(wǎng)。隨著我國的流星監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)進(jìn)一步補全，人類對流星活動將實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測。
只要觀測天氣條件良好，中國科學(xué)院大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院博士研究生李鎮(zhèn)業(yè)每天都會在社交媒體上更新流星觀測情況。觀測數(shù)據(jù)的來源，是國科大天文與空間科學(xué)學(xué)院和中國科學(xué)院國家天文臺支持建設(shè)起的流星多站視頻監(jiān)測網(wǎng)。目前，這張網(wǎng)分布在北京及周邊區(qū)域，已經(jīng)記錄了7000多顆流星的軌跡。
火流星從國家天文臺興隆基地施密特望遠(yuǎn)鏡圓頂上空飛過
歷時數(shù)年“織”起監(jiān)測網(wǎng)
“流星是非常美麗的天文現(xiàn)象。”李鎮(zhèn)業(yè)是專業(yè)的天文愛好者，與天文的緣分可以追溯到中學(xué)時期。進(jìn)入大學(xué)后，他更是積極參與天文觀測活動，選讀了天文學(xué)的雙學(xué)位，還曾親手組裝小型的流星相機，經(jīng)常到野外拍攝流星。
在選擇碩士專業(yè)方向時，他堅持了自己熱愛的方向——天文技術(shù)與方法。這個專業(yè)主要是開展天文觀測、數(shù)據(jù)處理和天文儀器設(shè)備研制等研究。
李鎮(zhèn)業(yè)
在科研工作之余，李鎮(zhèn)業(yè)堅持追“星”。他說，隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，流星光學(xué)觀測手段經(jīng)歷了從目視到拍照，再到視頻拍攝的多次變革。為了更好地捕捉流星的軌跡，在導(dǎo)師的支持下，李鎮(zhèn)業(yè)和多位好友一起組建了團(tuán)隊，提出要設(shè)計打造流星監(jiān)測網(wǎng)。
流星的觀測與常見的天文觀測模式不盡相同，觀測者為了定位一顆流星，需要利用間隔幾十公里的兩個站點同時展開觀測，然后通過雙站三角定位，繪出流星在空間中的精確三維軌跡，最終反推出流星體在太陽系中的飛行軌道。
“建設(shè)監(jiān)測系統(tǒng)也很復(fù)雜，涉及到多個學(xué)科方向，我們斷斷續(xù)續(xù)做了兩三年。好在我們是一支各有所長的團(tuán)隊，大家雖來自五湖四海，但在老師們的指導(dǎo)下，我們實現(xiàn)了合理分工。”李鎮(zhèn)業(yè)舉例，流星三維定位程序設(shè)計、流星相機運行、自動化處理流程優(yōu)化……大家各司其職。
他們克服的困難“一言難盡”——軟件編寫、測試，再編寫、再測試，這個過程需要反復(fù)試錯。“在山間的寒冬里安裝調(diào)試設(shè)備，真的是一件很辛苦的事。”
2020年底，雙子座流星雨前，他們終于完成了流星監(jiān)測的軟件開發(fā)，并把這次流星雨觀測作為軟件的一次大考。
夜幕降臨，宛若拉響了“考試鈴聲”。一顆、兩顆、三顆……流星相機目不轉(zhuǎn)睛地盯著深邃的夜空，不放過每一顆轉(zhuǎn)瞬即逝的流星。兩個觀測站從不同視角，一一記錄下每顆流星的天球坐標(biāo)。
“后面的所有計算工作都是由系統(tǒng)自動完成的。流星只要現(xiàn)身，系統(tǒng)就能實時識別、保存數(shù)據(jù)。它的‘眼神兒’也老練，能分辨出流星與飛機、人造衛(wèi)星等目標(biāo)的差別。”李鎮(zhèn)業(yè)回憶，那次“考試”，兩個站點分別觀測到了500余顆流星，后續(xù)還精確測量了76顆流星體的軌道。
高質(zhì)量的成果得到了更多人的認(rèn)可。2021年，“流星雙站視頻監(jiān)測系統(tǒng)”獲得第十一屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技競賽特等獎。此時，李鎮(zhèn)業(yè)開始攻讀博士，將自己的研究方向正式確定為流星多站視頻觀測，開發(fā)流星視頻監(jiān)測軟硬件和數(shù)據(jù)平臺。觀測站點的范圍也不斷擴大。
捕捉到7000余道夜空“尾焰”
李鎮(zhèn)業(yè)解釋，與動輒距離地球數(shù)十萬光年乃至更遠(yuǎn)的天體相比，流星算得上是“近在咫尺”。在抵達(dá)地球之前，流星就像是飛行在宇宙中的“小石子”。當(dāng)它們高速飛抵地球時，與大氣發(fā)生摩擦，發(fā)光發(fā)熱。此時，它們所處高度僅距地面約100公里至30公里。因此，從地面上不同的位置觀測流星，其飛行的角度和狀態(tài)會有明顯差異。這就是流星多站視頻觀測的重要價值。
為了更好地記錄飛過北京上空的流星，團(tuán)隊就務(wù)必要打造一張“網(wǎng)”，實現(xiàn)多角度視頻觀測。他們在北京及周邊區(qū)域分散選址，分別在國家天文臺興隆觀測基地、武清觀測站、長哨營滿族鄉(xiāng)中心小學(xué)、百花山國家級自然保護(hù)區(qū)建設(shè)了流星觀測站，覆蓋探測范圍約20萬平方公里。
李鎮(zhèn)業(yè)在安裝流星監(jiān)測站相關(guān)設(shè)備
作為監(jiān)測站點之一，長哨營中心小學(xué)與國科大的合作由來已久。近年來，國科大天文與空間科學(xué)學(xué)院的師生會定期為孩子們帶來天文知識科普課程。李鎮(zhèn)業(yè)在到這所小學(xué)安裝設(shè)備時，也分享了流星雨的科普知識。“后續(xù)我們計劃把系統(tǒng)產(chǎn)出的數(shù)據(jù)，作為學(xué)校天文科普課程的一環(huán)，鍛煉孩子們的動手能力，幫助他們學(xué)習(xí)天文基礎(chǔ)知識。”
在長哨營中心小學(xué)安裝的流星監(jiān)測站
“夜空還是很‘繁忙’的。”李鎮(zhèn)業(yè)笑著說，4個站點建立還不到1年時間，這張流星監(jiān)測網(wǎng)就已經(jīng)探測到7000多顆流星的軌跡。平日，各站點的數(shù)據(jù)都能實現(xiàn)自動收集，一顆流星劃過夜空后，只需幾十秒，其軌跡就能計算完成并存儲到后臺。
李鎮(zhèn)業(yè)補充解釋： “觀測天體一般是‘定點’工作，用天文望遠(yuǎn)鏡定期觀測。但流星來去匆匆，必須長時間、連續(xù)觀測才能積累有效數(shù)據(jù)。”這對相關(guān)設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性提出了很大挑戰(zhàn)。在下雨、沙塵等惡劣氣候條件下，設(shè)備不需要人工介入也可以正常工作。
2024年1月29日19時許，流星監(jiān)測網(wǎng)的3個站點同時捕捉到了一顆高亮度流星。“這次觀測意義重大。這些‘眼睛’能從多個角度，代替我記錄下流星的一舉一動。”李鎮(zhèn)業(yè)表示，每天醒來看到新的流星數(shù)據(jù)“入賬”，這是一件很有成就感的事情。
尋找“天外來客”解密宇宙
“現(xiàn)在國內(nèi)很多流星愛好者也在建設(shè)、運行流星相機。但從客觀角度分析，他們對流星數(shù)據(jù)的深加工能力稍顯不足。”李鎮(zhèn)業(yè)說，對天文研究而言，只有圖像資料遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，流星的軌跡如何、在哪里爆炸、隕石可能在哪里墜落，都關(guān)系到后續(xù)的科學(xué)研究工作。
流星軌跡數(shù)據(jù)是天文研究承前啟后的一環(huán)。當(dāng)科研人員獲取到流星軌跡，就能反推出它們在進(jìn)入大氣層前，在太空中的運行軌跡，進(jìn)而追溯這些碎屑顆粒產(chǎn)生的源頭，分析探索彗星、小行星等天體的活動特征，乃至太陽系的起源與演化。“如果流星在飛過大氣層時沒有燃盡，剩余部分就有可能形成隕石。”而流星監(jiān)測網(wǎng)的一大功能就是計算隕石的落點位置。
厘米級甚至更小的宇宙塵埃就能形成流星，如果是體積達(dá)到幾十厘米的天體碎屑，就可能落地形成隕石。半個多月前，現(xiàn)身北京上空的明亮火流星，體積一定不小，它是否會有未燃盡的部分落地？
“這樣珍貴的機會，一年可能也只能碰到一次。”李鎮(zhèn)業(yè)立刻檢查流星監(jiān)測網(wǎng)后臺數(shù)據(jù)，調(diào)試出了這顆流星的軌跡——從北京東側(cè)的上空闖入地球大氣，在平谷區(qū)上空經(jīng)歷了劇烈空爆，最終消失在順義區(qū)上空。
根據(jù)流星消失前的位置和速度，李鎮(zhèn)業(yè)在系統(tǒng)中分別模擬生成了1千克、100克、10克隕石碎片的墜落軌跡。結(jié)果顯示，隕石最有可能墜落在位于昌平區(qū)和順義區(qū)的一片長條形區(qū)域內(nèi)。
團(tuán)隊立刻組建了一支“隕石小分隊”開展搜尋工作，公開發(fā)布了火流星的詳細(xì)數(shù)據(jù)，希望發(fā)動更多力量加入搜索隊伍。
“目前，人類通過光學(xué)觀測能說清來源的隕石，在全世界范圍內(nèi)也只有幾十顆。”李鎮(zhèn)業(yè)說，雖然作為“天外來客”的普通隕石總量不算少，但大多數(shù)都是“無頭懸案”，暫時說不清其來自何方。如果有幸獲取到這樣珍貴的隕石樣本，就能到實驗室中開展很多僅靠天文觀測無法開展的后續(xù)研究。巖石成分分析、同位素組成，乃至生命跡象的尋找，都必須依托隕石樣本開展研究。
“建設(shè)這張‘網(wǎng)’，既有關(guān)乎太陽系起源的靈魂一問，也有保護(hù)航天器安全的現(xiàn)實意義。”李鎮(zhèn)業(yè)期待，未來能建立一張覆蓋全國的流星監(jiān)測網(wǎng)。當(dāng)前，歐洲、美國已經(jīng)建設(shè)起比較完整的流星監(jiān)測網(wǎng)。隨著我國的流星監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)進(jìn)一步補全，人類對流星活動將實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測。
本文鏈接：記錄7000多顆流星軌跡，國科大師生為流星監(jiān)測“織網(wǎng)”http://www.sq15.cn/show-2-3345-0.html
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