流星文化与流星雷达探测原理

作者: 杜镕金

来源: 中科院地质地球所

发布日期: 2023-01-13 17:28:46

文章介绍了流星在人类文化中的象征意义,以及现代科技如何通过流星雷达探测流星余迹来研究大气环境参数。流星雷达通过观测流星余迹的反射回波,反演大气温度、风场、密度等参数,且不受天气和昼夜限制,具备全天候观测能力。文章还提到我国在多个地区建立的流星雷达观测台站,以及流星雷达在全球的分布情况。

在如今的人类社会中,流星常意味着幸运、浪漫。人们印象中的流星,往往是这样的:图1 流星雨。亦或是这样的:图2 2013年俄罗斯车里雅宾斯克陨石事件。但是天外来物带来的未必都是好运,通古斯大爆炸就造成了巨大破坏。(1908年6月30日发生在现俄罗斯西伯利亚通古斯河附近的爆炸事件。该地区面积达2000平方公里,包括了约8千万棵树的针叶林被摧毁。

现在的科学界普遍认为,通古斯大爆炸是由一颗直径100米上下的石质小行星引发的。)图4 因通古斯大爆炸而被烧毁的森林。

进入现代之后,流星已经越来越脱离玄学的范畴,转而成为人们了解宇宙的跳板。借助科技进步的东风,人们观测流星的方式从肉眼观测更新为了借助无线电波的观测,由此产生了流星雷达。流星雷达是最近几十年发展起来的探测中高层大气的重要工具,它通过观测流星余迹的反射回波来反演该区域的大气环境参数,而且不受天气的影响和昼夜空间环境的限制,可以进行全天候持续性的观测。

流星雷达的探测原理是利用流星进入大气后,以相对地心约11.2~72.8 km/s的速度和大气层摩擦,发生烧蚀。流星体在此过程中加热熔化,直至气化。气化后的原子仍然保持着较高的运动速度,和大气中的各种离子碰撞,发生电离,产生高密度的柱状等离子体,从而形成一个细长的圆柱状的尾迹,我们称之为流星余迹。

流星雷达的外观由发射天线和接收天线阵组成。在典型的配置中,发射天线包括1副两单元八木天线,接收天线阵则由5副两单元八木天线组成。每根接收天线负责观测45°方位角的范围。

如今,从荒凉的安第斯山脉到寒冷的南极冰原,流星雷达已经遍布全球。一些流星雷达的网站可以对观测到的流星进行实时报道,公布其观测到的流星数量、高度、速度等。我国的流星雷达目前已经在武汉、昆明、漠河、三亚、蒙城、北京、廊坊等地建立了观测台站。

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