[转]从流星摄像资料中寻找新流星群

从流星摄像资料中寻找新流星群的一种新方法及新流星群的发现与分析
北京市第二中学  李珺    指导教师  朱进

在对已知的流星雨进行观测和资料分析时，发现有可能存在新的辐射点。同时在对国际流星组织的流星摄像观测数据库和标准流星资料处理软件的熟悉过程中也发现，如果采用人工设定流星的地心速度，并在所有可能的范围内予以调节的做法，则可以在使用标准流星资料处理软件的基础之上，对完全未知的流星群进行有效地发现和鉴别。这种方法在得到准确的辐射点坐标的同时，也得到了新流星群的较为准确的地心速度。在数据比较多的情况之下，又可以同时得到新流星群活跃的时间范围以及可能的极大时间。
为了验证这种方法的可行性，在国际流星组织的网站上，从1998年到2003年的所有流星摄像数据中，选取了2月13日——2月17日期间的数据，按以上方法进行处理，在赤经247°，赤纬42°（武仙座）和赤经233°，赤纬18°（巨蛇座）发现了两个新的流星群。在进行后续工作，处理5月28日—6月2日数据的过程中，于赤经279°，赤纬53°（天龙座）位置又发现了一个新的流星群。并在此基础上确定了这三个新流星群的一些物理性质。鉴于本文选择日期的随意性，可以预期在国际流星组织的流星摄像数据中还会存在一些尚未被发现的新流星群，本文提出的方法存在巨大的应用前景。
1.引言
传统的确定新流星群的方法有：目视画图法、双站定轨法等。
目视画图法：根据流星运动轨迹的反向延长线是否交于某一区域来判断是否属于同一个群。只有当流星轨迹的反向延长线经过这个区域时，该流星才有可能是这一群内的。[1]
这种方法比较直观，但对观测者的观测水平要求很高，并且很难对流星群进行更细致的数据分析。
双站定轨法：主要是根据同一颗流星在两张照片或不同摄像记录上的位置差异，利用立体几何三角视差的原理，计算出流星的高度和轨迹的长度，从而得到流星的运动轨道。[2]
通过这种方法，能够得到非常准确的辐射点信息，但真正实施起来有一定的难度，相应的要求也严格一些。需要多人的相互配合，一个人是无法完成异地拍摄的。
近年来，由于流星摄像观测技术的飞速发展，积累了大量的观测资料。从理论上说，大多数未被发现的新流星群应该已经在现有的流星摄像观测资料中被记录下来了。我在对其它流星群进行数据查找时注意到，在国际流星组织（IMO）的网站上记录着大量来自世界各地的摄像数据，而且其中大部分数据都被标记为偶发流星（SPO）。在对国际流星组织的流星摄像观测数据库和标准流星数据处理软件的熟悉过程中发现，如果采用人工设定流星的地心速度，并在所有可能的范围内予以调节的做法，则可以在使用标准流星数据处理软件的基础上，对完全未知的流星群进行有效的发现和鉴别。这种方法在得到准确的辐射点坐标的同时，也得到了新流星群的较为准确的地心速度。在数据比较多的情况之下，又可以同时得到新流星群活跃的时间范围以及可能的极大时间。利用这个方法，任选一个时间段，在IMO流星摄像资料中找到了两个新的流星群，即武仙座流星群

(HER)和巨蛇座流星群(SER)。在进行后续工作，处理5月28日—6月2日数据的过程中，又发现了一个新的流星群，即天龙座γ流星群（GDR）。

2.方法

2.1 收集数据：从国际流星组织的网站(http://www.imo.net/files)上下载了从1998年至2003年所有的流星摄像数据。

2.2 处理数据：利用标准的流星摄像资料处理软件RADIANT 1.43[3]对所选中的数据进行处理。（该软件由德国Rainer Arlt提供，主要用于对已知流星群进行细致的辐射点分析，特别是需要知道所研究的流星群的

地心速度。本方法在使用时，对其中流星群的地心速度等采取了专门的处理方法，使其可以用于发现新流星群）具体方法如下：

①选定日期范围（时间范围一般为3到5天），利用枚举法对于所有可能的区域假设辐射点的中心坐标。根据中心坐标（αcenter ，δcenter）和日期范围（reference date）调节以下参数：地心速度（geocentric velocity）、最小角速度(minimum angular speed)、最大角速度(maximum angular speed)、每日移动量(daily motion)、太阳平黄经(solar longitude)、适合观察的像素大小（pixel size）。

在调节上述参数时应特别注意：

地心速度的设定可采取穷举法，原理是：

速度设置的不同对流星辐射点位置的影响较大。对多个已知流星群速度的调节试验表明，在速度变化＞5km/s时，可以明显地看出辐射点的坐标变化。因此在实际调节速度时，每次速度变化的初始步长不超过5km/s。

在利用RADIANT 1.43处理数据的过程中发现，只有当速度的设定值与真实值非常接近时，才会在辐射点拟合图上出现高聚集态的明显的辐射点。

最小角速度一般不设为0。设定的角速度越小，所能包含的流星会越多，但是在软件对流星数据进行具体计算时，角速度过小的流星在数据处理过程中所占的权重非常大，导致最终结果有可能出现严重偏差。在本文的处理中最小角速度取为7rad/s。

最大角速度的设定可根据以下公式计算得出：

                               
登录/注册后可看大图

(其中Vg是所设定的地心速度，h是流星高度数值范围，一般设为80km—100km，θ为地平高度角)。这样可以避免高速流星对处理结果的影响。②处理方法的选定：在RADIANT中有三种处理方法可选，分别为示踪(Tracing)、交点（Intersection）、概率（Probabilities）。通常选用概率法，可以再用其它两种方法验证处理结果的真实性。③由于在实际操作过程中会有其它流星（包括已知群、未知群和偶发流星）的干扰，甚至会在一定程度上影响处理结果。所以要在流星列表中找出所有在新辐射点区域范围之内出现的流星，并将其它无关的流星全部忽略。这时处理出的结果即是我们所希望的了。
④根据所得结果对参数进行修正，得出更为接近实际情况的物理参数：辐射点坐标、地心速度等。
⑤根据所有确定的新流星群的流星数据，求出对应的太阳平黄经并做归一化处理，得出活动时期以及此活动时期内的该流星群群内流星流量的变化趋势。
3.应用新方法寻找新流星群的实例
对以下两个新流星群的确定，本次研究选用了国际流星组织(IMO)网站[4]上2001年—2003年2月13日—2月17日的流星摄像资料（附表中列出了所有属于这两个新流星群的数据），运用第2节提出的方法进行处理。
3.1武仙座流星群(HER)的确定
日期范围：2月13日——2月17日
地心速度：Vg=35km/s
最小角速度：7rad/s
最大角速度：22rad/s每日移动量：1.0°
太阳平黄经：325°
在数据处理过程中发现有65颗流星是属于这一流星群的，由这65颗流星的数据拟合出来的辐射点坐标为α=247°，δ=42°，地心速度Vg=35km/s，如图1（根据 “附录1：武仙座流星群”中表1的数据拟合而成的辐射点图）所示。

	登录/注册后可看大图
	图1：图中的横坐标表示赤经，纵坐标表示赤纬

②武仙座流星群流量趋势变化
在计算极大时间时，由于在IMO的数据库中没有极限星等和视场遮掩率的记录，因此无法利用公式进行计算。所以此次研究就采取了归一化处理的方法：针对每一组相同ID的数据所对应的不同太阳平黄经区间求出HER%，即HER%=HER/SPO（SPO为偶发流星），再将各组数据在同一区间的太阳平黄经所对应的HER%取平均值，利用Excel做出图表（图2），得出这一流星群流星流量变化的大致趋势。

                               
登录/注册后可看大图

其中HER%的最高峰出现在太阳平黄经为326.6°的时候，峰值为40%。在图中还可以看出有另一小高峰，出现在太阳平黄经约为328°的时候，但是由于IMO网站上对于这一段时间的流星摄像资料并没有记录，所以只能确定另一小高峰出现的大致范围。
3.1.2巨蛇座流星群(SER)的确定
①参数设定：中心坐标为αcenter=240°δcenter=0°
日期范围：2月13日——2月17日
地心速度：Vg=50km/s
最小角速度：7rad/s
最大角速度：32rad/s
每日移动量：1.0°
太阳平黄经：325°
在处理数据过程中发现有59颗流星属于这一流星群，由这59颗流星的数据拟合出的辐射点坐标为α=233°，δ=18°，流星群的地心速度Vg=50km/s。如图3（根据 “附录2：巨蛇座流星群”中表2的数据拟合出的巨蛇座流星群辐射点图）所示。
②武仙座流星群流量趋势变化
在计算极大时间时，由于在IMO的数据库中没有极限星等和视场遮掩率的记录，因此无法利用公式进行计算。所以此次研究就采取了归一化处理的方法：针对每一组相同ID的数据所对应的不同太阳平黄经区间求出HER%，即HER%=HER/SPO（SPO为偶发流星），再将各组数据在同一区间的太阳平黄经所对应的HER%取平均值，利用Excel做出图表（图2），得出这一流星群流星流量变化的大致趋势。

方法	优点	缺点
视画图法	对观测设备要求低；方法直观	观测精度较低；数据较少
双站定轨法	能得到精确的物理参数	观测难度大；资料很缺乏
新方法	能有效地发现流量相对较少的流星群；较准确的定出辐射点的坐标位置；方法操作相对简便	需要长时间的数据积累

4.2 新方法的意义
本文给出了由流星摄像资料中发现新的流星群的一种新方法。由于IMO网站上尚有大量的流星摄像数据，并且各国的天文工作者仍然在不断地补充新的资料。可以预期，在IMO流星摄像数据中还会存在一些尚未被发现的新的流星群。在确定这些流星群之后，可以继续对其进行更为深入的研究。由此可见，本文提出的方法具有重要意义，并存在巨大的应用前景。
4.3 后续工作
目前，国际流星组织刚刚发布了2004年和2005年的流星摄像观测资料。如果时间允许，可以使用本文提出的方法对所有日期范围的流星摄像资料进行处理，从而发现更多的新的流星群。同时，因为目前本方法的使用需要非常多的人为干预，也需要投入大量时间，所以正在考虑进一步对程序进行改进，提高新流星群的发现效率。
作为后续工作的开展，我针对近期引起极大关注的彗星73P（不久前碎裂成10余块，仍有较强的活动，可能产生流星雨），在前面提到的数据库中进行了搜寻，在5月28日到6月2日的资料（对应73P的近地点附近）处理过程中观察到明显存在与73P相关的流星群。除此之外，在赤经α=279°，赤纬δ=53°（天龙座）的位置又发现了一个地心速度为Vg=46千米/秒，极大时间对应的太阳平黄经为66.9°的新流星群，即天龙座γ流星群（GDR）。在处理数据过程中发现有69颗流星属于这一新流星群（“附录3：天龙座γ流星群群内流星数据表”中列出了所有属于这一新流星群的流星数据）。这一流星群的辐射点拟合图如图5所示。

	登录/注册后可看大图
	图5 图中的横坐标表示赤经，纵坐标表示赤纬

5.结论
新流星群的发现表明，从国际流星组织(IMO)的流星摄像资料中寻找新流星群的这一新方法是具有可操作性的。可以有效地发现流量相对较少的流星群，并可以准确地定出该流星群辐射点的坐标位置。在处理数据的过程中，可根据所有已知资料进行综合处理，这样就可以避免分散处理时流量相对较少的流星群被忽略的情况发生。
利用这一新方法发现了三个新的流星群，即武仙座流星群（赤经 α=247°，赤纬δ=42°，对应λ=326.6°），巨蛇座流星群（赤经α=233°，赤纬δ=18°，对应λ=326.6°），天龙座γ流星群（赤经α= 279°，赤纬δ= 53°，对应λ= 66.9°），并定出这三个新群的地心速度、活动时期和流量极大的大致时间。而且，通过这项工作我们有理由相信，利用这一新方法还可以在已知数据中找到更多的新的流星群，并确定它们的某些物理参数，以便以后对其进行更为深入的研究。
致谢
首先，我要感谢导师朱进研究员。从我最初想到这个问题开始，到确立课题、撰写论文、论文完成的这段时间里，朱老师总能从忙碌的工作中抽出时间和我一起讨论，给我提出一些建议和进行一些方法上的指导。每当我遇到困难时，朱老师都会帮助我克服，并常常鼓励我。在这个过程中，我不仅学到了很多知识，也学会了很多科学的思维方法。

我还要感谢孟奂。在做这项工作的过程中，他一直给予我帮助。当我向他请教问题时，他总会很耐心的给我讲解；当我查找资料遇到困难时，他也给我提供了一些对我帮助很大的建议。
本课题的想法是在参加北京市青少年科技俱乐部活动的过程中提出的, 这项工作也是在俱乐部的支持下最终完成的。其间，俱乐部很多同学都参与了有关的讨论。在此，向他们以及俱乐部的老师表示感谢。
另外，在完成本项工作的过程中，北京市第二中学的常宏主任和张敏老师也给了我很大的支持。在此，向他们表示感谢。
最后，我能够把论文完成，这与我父母的理解与支持是分不开的，感谢他们。

6.参考文献
[1] http://www.imo.net/visual
[2] http://www.imo.net
[3] R. Arlt, the software RADIANT, WGN, vol. 20, no. 2, 1992
[4] http://www.imo.net/files

北京市第二中学 李 珺 辅导教师 朱 进

收藏起来认真看看

又是一颗好苗子啊~~~

忽然两想到了当年80中学的孟奂大牛，98年狮子时连续观测一星期，晚上观测，白天照常上课。

02年时IAU通报他发现了新的流星群~~~