流星群

流星群とは、夜空の一点から多数の流星が放射状に、あるいは発生源として観測される天体現象です。これらの流星は、流星物質と呼ばれる宇宙塵の流れが、平行な軌道で極めて高速で地球の大気圏に突入することによって発生します。ほとんどの流星は砂粒よりも小さいため、ほぼすべてが崩壊し、地球の表面に到達することはありません。非常に激しい、あるいは異常な流星群は、流星爆発や流星嵐として知られており、1時間に少なくとも1,000個の流星が発生し、特にしし座流星群が有名です。^{[ 1 ]}流星データセンターは、900を超える流星群の疑いのあるリストを掲載しており、そのうち約100は確定しています。^{[ 2 ]}いくつかの組織は、インターネット上での観測機会を紹介しています。^{[ 3 ]} NASAは、活動中の流星群の毎日の地図を維持しています。^{[ 4 ]}

歴史的に、流星群は大気現象と考えられていました。1794年、エルンスト・クラドニは流星は宇宙空間から発生すると提唱しました。1833年の大流星群は、デニソン・オルムステッドに、流星群が宇宙塵の雲として到来し、その筋がしし座の方向に放射点を形成することを示させました。1866年、ジョヴァンニ・スキアパレッリは、しし座流星群がテンペル彗星と同じ軌道を共有していることを示し、流星は彗星から来ると提唱しました。天文学者は、惑星の重力によってどのように摂動されるかを含め、これらの彗星塵の雲の軌道を計算する方法を学びました。 1951年、フレッド・ウィップルは、彗星は太陽系内側で太陽エネルギーによって揮発性物質が蒸発するにつれて隕石の破片を放出する「汚れた雪玉」であると提唱しました。

歴史記録によると、スパルタでは紀元前1200年頃に流星群の観測が行われていたようです。古代の記録には、中国、日本、韓国で流星群が観測されたことを示す詳細な記録があります。^{[ 5 ] [ 6 ]}中世アラブ人が流星群を吉兆とみなしていたため、流星群を記録した年代記が複数あります。^{[ 7 ]} 1583年8月の流星群は、ティンブクトゥの写本に記録されています。^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}こと座流星群は、継続的に記録されている最古の流星群であり、中国では紀元前687年にまで遡る記録があります。^{[ 11 ]}

1789年、アントワーヌ・ラヴォアジエは『化学の基礎』というタイトルの最初の近代化学の教科書を出版した。その中で彼は、上層大気に上昇した塵が雷によって物質の塊に固まり、地上に落下する際に燃える流星を形成する可能性があると推測した。19世紀初頭には、これは流星の形成に関する最も有力な仮説の1つとなった。しかし、1794年、ドイツの科学者エルンスト・クラドニは、隕石は宇宙空間で発生したと提唱し、その証拠として火球と鉄隕石を結びつける本を出版した。この提唱は、惑星が軌道に沿って運動を続けるためには空間が空っぽでなければならないというアイザック・ニュートンの主張と矛盾するため、アレクサンダー・フォン・フンボルトを含む一部の科学者から当初は信じてもらえなかった。^{[ 12 ] [ 5 ]}

近代において最初の大規模な流星群は、 1833 年 11 月のしし座流星群でした。ある推定では、ピーク時の流星数は 1 時間あたり 10 万個以上でしたが^{[ 13 ]} 、流星群が収まった後に行われた別の推定では、ロッキー山脈の東にある北アメリカ全域で、流星群の 9 時間の間に 20 万個以上の流星が観測されたとされています^{[ 14 ]} 。この現象を最も正確に説明したのは、アメリカ人のデニソン・オルムステッド(1791–1859) でした。1833 年の最後の 数週間を情報収集に費やした後、彼は 1834 年 1 月にその調査結果をAmerican Journal of Science and Artsに発表しました。この雑誌は 1834 年 1 月～4 月号^{[ 15 ]}と 1836 年 1 月号^{[ 16 ]}に発行されました。彼は、流星群は短時間で、ヨーロッパでは見られず、流星はしし座の星座の 1 点から放射状に現れたと指摘しました。彼は、流星は宇宙の粒子雲から発生したと推測した。^{[ 17 ]}研究は続いたが、流星群の年間的な性質を理解するに至ったものの、嵐の発生は研究者を困惑させた。^{[ 18 ]}

イタリアの天文学者ジョヴァンニ・スキアパレッリは、 1866年後半にアンジェロ・セッキに宛てた一連の手紙の中で、流星と彗星の関係を明らかにした。彼は、しし座流星群がテンペル彗星と同じ軌道を共有していることを証明できた。^{[ 19 ] [ 5 ]} 1772年に発見され、1826年に周期彗星と特定されたビエラ彗星は、1846年に2つの成分を持つことが観測された。1852年の回帰時には、両方の成分はより暗くなり、分離が大きくなった。1868年、エドモンド・ワイスは、地球が1872年にこの彗星の軌道と交差すると決定し、その時に強い流星群が観測された。現在アンドロメダ座流星群と呼ばれるこの流星群は、彗星と流星群の関連性をさらに確立した。^{[ 20 ]}

1890年代、アイルランドの天文学者ジョージ・ジョンストン・ストーニー（1826～1911）とイギリスの天文学者アーサー・マシュー・ウェルド・ダウニング（1850～1917）は、木星の重力による摂動を考慮に入れ、地球軌道上の塵の位置を計算しようと試みた最初の人物だった。彼らは、1898年と1899年に予想されていたしし座流星群の再来に先立ち、1866年にテンペル・タットル彗星55Pによって放出された塵を研究した。流星群の発生が予想されていたが、最終的な計算では、塵の大部分は地球軌道のはるか内側にあることが示された。同じ結果は、ドイツのベルリンにある王立天文計算研究所のアドルフ・ベルベリッヒによっても独立して得られた。^{[ 21 ]}そのシーズンに流星群が発生しなかったことで計算が裏付けられたものの、信頼できる予測を行うには、はるかに優れた計算ツールの進歩が必要だった。

1981年、ジェット推進研究所のドナルド・K・ヨーマンズは、しし座流星群の歴史とテンペル・タットル彗星の動的な軌道の歴史をレビューした。^{[ 22 ]}そのグラフ^{[ 23 ]}は改変され、スカイ・アンド・テレスコープ誌に再掲載された。^{[ 24 ]}このグラフは、地球とテンペル・タットル彗星の相対的な位置と、地球が濃密な塵に遭遇した場所を示した。これにより、流星物質は主に彗星の軌道の後ろと外側にあるが、強力な嵐を引き起こす粒子雲の中を地球が通過する経路は、ほとんど活動のない経路に非常に近いことがわかった。

1985年、カザン州立大学のEDコンドラテワとEAレズニコフは、過去に何度か発生したしし座流星群の原因となった塵が放出された年を初めて正確に特定した。1995年、ピーター・ジェニスケンスは、塵の痕跡から1995年のアルファ・モノケロティド流星群の爆発を予測した。^{[ 25 ]} 1999年のしし座流星群の嵐を予期して、ロバート・H・マクノート^{[ 26 ]} 、デビッド・アッシャー[ ^{27 ] 、}フィンランドのエスコ・リュティネンは、西側でこの方法を初めて適用した。^{[ 28 ] [ 29 ]} 2006年、ジェニスケンスは今後50年間の塵の痕跡との遭遇に関する予測を発表した。^{[ 30 ]}ジェレミー・ヴォーバイヨンは、セレステ・エフェメリデ計算研究所(IMCCE)の観察に基づいて毎年予測を更新し続けています。^{[ 31 ]}

流星群の粒子はすべて平行な経路を同じ速度で移動しているため、地上の観測者からは空の一点から放射状に広がっているように見えます。この放射点は、平行な鉄道の線路が地平線上の一点に収束するのと同様に、遠近法の効果によって生じます。流星群は通常、流星が飛来するように見える星座にちなんで名付けられます。この「固定点」は、地球が自転しているため、夜の間、空をゆっくりと移動します。これは、星が空をゆっくりと移動しているように見えるのと同じ理由です。^{[ 32 ]}また、地球が太陽の周りを公転しているため、放射点は夜ごとに背景の星に対してわずかに移動します（放射点ドリフト）。^{[ 33 ]}ドリフトする「固定点」の地図については、 IMO流星群カレンダー2017（国際流星機構）を参照してください。

流星の地心速度は、流星群によって大きく異なります。たとえば、おうし座流星群 では速度は約 27 km/s 、しし座流星群では 71 km/s です。（地球の平均軌道速度と比較してください。） 29.8  km/s。^{[ 34 ]}）飛来する流星は、その軌道に沿って測定可能な光度曲線を生成し、その明るさはアブレーション率によって変化する。^{[ 35 ]}流星の電離の観測高度は、70～110  kmの高度では、大気が十分に濃密で、飛翔体を加熱する。^{[ 36 ]}流星群の典型的な流星の直径は厚さ5μm 、密度2gcm⁻³  。^約5μmで融解し始める。 1800  K . ^{[ 37 ]}

地球が自転すると、放射点が地平線近くにあるときは流星群の出現率は低くなりますが、放射点が地平線から 30° の高度に達すると、最大出現率の少なくとも 50% まで上昇します。流星がまだより厚い空気の柱を通過しているとき、放射点が 45° の角度、つまり空の半分の高さにあるときが最適な観測条件です。その場合、放射点から 30～60° 離れた場所で、より長く目立つ流星の軌跡が観測されます。^{[ 38 ]}ほとんどの流星群は、観測者の位置が地球の太陽の周回軌道の方向に近づくにつれて、真夜中を過ぎると見やすくなります。このため、流星群の観測に最適な時間は、一般的に夜明けの少し前です。これは、観測可能な流星の最大数と、空が明るくなり流星が見えにくくなるという妥協点です。^{[ 39 ]}

流星群は、流星群のピーク時に放射点に近い最も近い星座、またはギリシャ文字またはローマ文字が割り当てられた明るい星にちなんで命名され、ラテン語の所有格の文法的な変化が「id」または「ids」に置き換えられます。^{[ 40 ]}したがって、デルタ・アクアリイ星（変化「-i」）の近くから放射される流星はデルタ・アクアリイ流星群と呼ばれます。国際天文学連合の流星群命名作業部会とIAUの流星データセンターは、流星群の命名法とどの流星群が確立されているかを追跡しています。^{[ 41 ] [ 42 ]}

流星群は、地球などの惑星と彗星（または時折小惑星）からの塵の流れとの相互作用によって発生します。彗星は、 1951年にフレッド・ウィップルによって実証されたように、水蒸気の引きずり^{[ 43 ]}と分裂によって塵を生成することができます。ウィップルは、彗星を氷の中に埋め込まれた岩石でできた「汚れた雪玉」として、太陽の周りを公転していると想定しました。「氷」は、水、メタン、アンモニア、またはその他の揮発性物質で、単独または組み合わせで存在する可能性があります。「岩石」の大きさは、塵の粒子から小さな岩まで様々です。塵の粒子サイズの固体は、砂粒サイズの固体よりも桁違いに多く、砂粒サイズの固体は、同様に小石サイズの固体よりも多く、以下同様です。氷が温まって昇華すると、蒸気が塵、砂、小石を引きずって移動します。

彗星が軌道上で太陽に近づくたびに、その氷の一部が蒸発し、一定数の流星物質が放出されます。^{[ 44 ]}流星物質は彗星の軌道全体に広がり、流星物質の流れ、別名「塵の尾」を形成します^{[ 45 ]}（太陽放射圧によってすぐに吹き飛ばされる微粒子によって生じる彗星の「ガスの尾」とは対照的です）。

最近、ピーター・ジェニスケンスは、短周期流星群のほとんどは、活動的な彗星の通常の水蒸気抵抗によるものではなく、ほとんど休眠状態にある彗星から大きな塊が分離するまれな崩壊の結果であると主張している。例としては、それぞれ約500年前と1000年前に小惑星のような天体(196256) 2003 EH 1と3200 Phaethonが分裂したことに由来するしぶんぎ座流星群とふたご座流星群がある。破片はすぐに塵、砂、小石に分解され、彗星の軌道に沿って広がり、密度の高い流星物質の流れを形成し、それがその後地球の軌道へと進化する傾向がある。^{[ 30 ]}

ウィップルが塵粒子が彗星に対して低速で移動すると予測した直後、ミロス・プラベックは、流星物質が彗星から放出されると、1周の軌道を終えた後、主に彗星の前または後ろに漂うと計算し、塵の軌跡という概念を初めて提唱した。この効果は単純な天体力学 によるもので、物質は彗星の前または後ろに漂う際に、彗星からわずかに横方向に漂うだけである。これは、一部の粒子が他の粒子よりも広い軌道を描くためである。^{[ 30 ]}これらの塵の軌跡は、中赤外線波長（熱放射）で撮影された彗星の画像で観測されることがあり、そこでは、前回の太陽への帰還で放出された塵粒子が彗星の軌道に沿って広がっている。^{[ 46 ]}

惑星の重力によって、地球の軌道上で塵の軌跡がどこを通過するかが決まります。これは、庭師が遠くの植物に水をやるためにホースの方向を指示するのとよく似ています。ほとんどの年では、これらの軌跡は地球を全く通過しませんが、一部の年には、地球は流星の雨を浴びます。この効果は、1995年のアルファ・モノケロティド流星群の観測^{[ 47 ] [ 48 ]}と、それ以前に広く知られていなかった過去の地球嵐の特定から初めて実証されました。

より長い期間にわたって、塵の軌跡は複雑な形で変化する可能性があります。たとえば、一部の繰り返し彗星の軌道や、そこから放出される流星物質は、木星や他の大きな惑星のいずれかと共鳴軌道にあるため、一方の公転回数はもう一方の公転回数と等しくなります。これにより、フィラメントと呼ばれるシャワー成分が生成されます。^{[ 49 ]} 

2つ目の影響は、惑星との接近遭遇です。流星物質が地球に接近する際、一部は加速され（太陽の周りの軌道が広くなる）、他は減速され（軌道が短くなる）、その結果、次の回帰時に塵の軌跡に隙間が生じます（まるでカーテンを開けたように、隙間の始点と終点に塵が積み重なります）。また、木星の摂動は、特に短周期彗星の場合、塵の軌跡の一部を劇的に変化させる可能性があります。これは、塵が太陽の周りの軌道上で最も遠い地点で巨大惑星に接近し、最もゆっくりと移動するためです。その結果、塵の軌跡には、放出される物質ごとに、三日月形の塊、編み込み、または絡み合いが生じます。

3つ目の効果は放射圧によるもので、質量の小さい粒子は太陽から遠い軌道へと押し出されます 。一方、質量の大きい天体（火球や流星の原因となるもの）は放射圧の影響を受けにくい傾向があります。このため、ダストトレイルの遭遇地点によっては明るい流星が多く見られる場合もあれば、暗い流星が多い場合もあります。時間が経つにつれて、これらの効果によって流星物質は分散し、より広い流星群が形成されます。私たちがこれらの流星群から見る流星は、地球が毎年ほぼ同じ割合でこれらの流星群に遭遇するため、年間流星群の一部となります。

黄道雲の中で流星物質が他の流星物質と衝突すると、それらは流星群としての繋がりを失い、「散在流星」の背景の一部となります。流星群や流星の痕跡から散逸した流星は、どの流星群にも属さない孤立した流星となります。これらのランダムな流星は、先頭の流星群の放射点から飛来するように見えることはありません。

流星群は流星群の強化版で、1時間に少なくとも1,000個の流星が見られ、これは最も活発な流星群の10倍に相当します。有名な例としては、しし座流星群とりゅう座流星群があり、しし座流星群は流星群の最もよく知られた発生源です。流星群は、空から星が落ちてくる様子や、「花火」に似ていると表現されています。^{[ 50 ] [ 51 ]}最も激しい発生では、1時間に15万個以上、しし座流星群では1時間に24万個もの流星が見られました。^{[ 52 ] [ 14 ]}しし座流星群は、テンペル・タットル彗星の回帰とほぼ同時期に、およそ33年に一度発生し、過去には1767年、1799年、1833年、1866年、1868年、1966年、1999年、2001年、2002年に記録されたしし座流星群がある。1833年と1966年のしし座流星群は、これまでで最も激しいもので、それぞれの流星群のピーク時の出現数は、1時間あたり12万個をはるかに超えた。^{[ 51 ] [ 53 ]}天文学者は、次のしし座流星群は2034年頃、あるいは2099年頃まで起こらないと予想している。^{[ 51 ]}りゅう座流星群は1933年^{[ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]}と1946年^{[ 17 ]}に流星群を発生させ、天頂で毎時数千個の流星が観測され、20世紀に観測された最も印象的な流星群の一つとなった。天文学者は、2098年に再び活発なりゅう座流星群が発生する可能性があり、ピーク時には毎時20,000個の流星が見られる可能性があると予測している。^{[ 50 ]}フィンランドの天文学者エスコ・リュティネンも、2028年8月にペルセウス座流星群が発生する可能性があり、ピーク時には毎時少なくとも1,000個の流星が見られる可能性があると予測している。^{[ 57 ] [ 50 ]}

流星群のピーク時の出現率は、天頂時間出現率(ZHR) で測定されます。これは、放射点が天頂、つまり夜空の最高点にあるときに肉眼で見える流星の予想数です。より塊状の若い流星群の場合、出現率は年によって変動し、ピーク時の流星群の「嵐」は流星群の公転周期に合わせて発生します。一部の嵐では、1 時間あたり数百個、あるいは数千個の流星が観測されています。通常、最も高い ZHR を示す流星群は、ペルセウス座流星群(75/時間)、ふたご座流星群(75/時間)、しぶんぎ座流星群(60/時間) です。^{[ 58 ]}

比較的透明な大気を持つ太陽系の他の天体も流星群を経験する可能性があります。月は地球の近くにあるため、同じ流星群を経験する可能性がありますが、月自体には大気がないため、ナトリウムの尾が大幅に増加するなど、独自の現象が発生します。^{[ 77 ]} NASAは現在、マーシャル宇宙飛行センターが管理する、流星群によるものか否かを問わず、 月への衝突の観測データベースを継続的に維持しています。 ^{[ 78 ]}

多くの惑星や衛星には、長い年月を遡る衝突クレーターがあります。しかし、流星群に関連した新しいクレーターも存在する可能性があります。火星、そしてその衛星には流星群が存在することが知られています。^{[ 79 ]}これらはまだ他の惑星では観測されていませんが、存在すると推測されます。特に火星の場合、火星と地球の軌道が彗星の軌道に対して異なるため、地球で見られる流星群とは異なります。火星の大気の密度は、地表では地球の大気の1パーセント未満です。流星物質が衝突する上端では、両者はより似ています。流星の高度での気圧が似ているため、その影響はほぼ同じです。太陽からの距離が増加するため流星物質の動きが相対的に遅くなるだけで、流星の明るさはわずかに低下するはずです。降下速度が遅いということは、火星の流星が蒸発する時間が長くなることを意味するため、これはある程度バランスが取れています。^{[ 80 ]}

2004年3月7日、火星探査ローバー「スピリット」のパノラマカメラが、現在では114P/ワイズマン・スキフ彗星に関連する火星流星群からの流星によって引き起こされたと考えられている筋を記録した。この流星群の強い出現は2007年12月20日に予想されていた。他に推測されている流星群としては、地球のエータ・アクアリッド流星群（つまり、どちらも1P/ハレー彗星に関連）に関連する「ラムダ・ジェミニッド」流星群、 13P/オルバース彗星に関連する「ベータ・カニス・マヨール」流星群、および5335ダモクレスの「ドラコニッド」流星群がある。^{[ 81 ]}

木星では、孤立した大規模な衝突が観測されている。1994年のシューメーカー・レヴィ第9彗星も短い尾を形成し、それ以降も連続して発生している（木星のイベント一覧を参照）。流星または流星群は、大気を持つ太陽系のほとんどの天体について議論されている。水星^{[ 82 ]} 、金星^{[ 83 ]}、土星の衛星タイタン^{[ 84 ]} 、海王星の衛星トリトン^{[ 85 ]}、冥王星^{[ 86 ]}などである。

• 流星群（スカイ＆テレスコープ誌より）
• あまり知られていない夏の流星群6選 ジョー・ラオ（SPACE.com）
• アメリカ流星協会
• 国際流星機構
• 流星群ポータルは、毎晩、活動中の流星群の方向を天球上に表示します。