行星科学介绍我们的流星雷达研究

“行星科学”介绍了我们利用中纬度流星雷达研究流星速度和通量时空分布的工作。这项研究通过雷达观测，分析流星活动随时间和观测方向的变化。

作者：Koutian Wu；GitHub: ktwu01

这篇介绍背后的研究，是我们发表在 JGR: Space Physics 上的论文《Diurnal and Seasonal Variations of Meteor Speed and Arrival Angle Observed by Mengcheng Meteor Radar》，2024 年 10 月 7 日在线发表。我是第一作者，合作者是 Wen Yi、Xianghui Xue、Iain Reid 和 Maolin Lu。这项工作是我在中国科大读本科、同时在深圳零一学院（X-Institute）学习期间完成的，论文上同时署了这两个单位。

流星雷达看到了什么

每天都有数十吨尘埃和碎石闯入地球大气，大部分在约 70 到 110 公里高度烧尽，也就是中间层和低热层。每颗燃烧的颗粒会留下一段短暂的电离气体尾迹，流星雷达就是向这些尾迹发射无线电波，再接收回波。一个站点每天能记录数千颗流星，白天和阴天都能观测，这是光学相机做不到的。

雷达从每个回波里估算流星从哪个方向来、速度多快。积累足够多的回波，就能统计出地球正在穿过的那片尘埃的样貌。

数据

我们使用安徽蒙城流星雷达 2014 年 4 月到 2023 年 12 月的数据，这是一个中纬度站点近十年的连续记录。长时间序列在这里很关键：一年的数据分不清季节周期和偶发的流星雨，短期观测也会漏掉缓慢变化的规律。

发现

日变化由地球自转决定。 一天之中，速度峰值、到达方向的天顶角和方位角峰值、最大速度方向都会随地球自转规律变化。早晨，雷达所在一侧正对地球在太空中的运动方向，流星迎面撞来，速度更快；傍晚则背对运动方向，只有追上地球的流星才能进入。

速度分成两群。 速度分布像两条相互重叠的钟形曲线，一条大致位于每秒 20 到 40 公里，另一条大致位于每秒 45 到 65 公里。我们用双高斯模型拟合，以便分别追踪这两个群体。

两群流星遵循不同的“日历”。 低速群呈现半年周期，高速群呈现年周期。这些规律与流星雨活动相吻合，我们在记录中标出了各次流星雨的强度、持续时间和时间点。在几次流星雨事件中，流星数量比背景水平高出 45% 到 97%。

为什么重要

流星速度直接反映了流星体的来源。低速流星往往来自与地球绕日方向相近的物质，高速流星则多来自逆行或高倾角轨道上的物质，常与彗星有关。一份长期、一致的雷达记录，让我们能直接看到这些群体一年中的变化，不必只靠几个夜晚的观测去推断。

这项研究也有实际意义。流星燃烧的这层大气，正是极低轨道卫星和返回舱经过的区域，而雷达测量那里的风场，靠的也正是流星尾迹。

关于这项工作，我在之前的文章里写得更详细。

十年的雷达回波，把满天杂乱的流星划痕，变成了两只走速不同的时钟。

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