全球直播中,月亮被当众打脸,为哪般?

来自:果壳网 2020-02-08

盆友,还记得去年1 月 21 日的月全食么?

月全食时太阳、地球和月亮的位置关系 | ESA [ 1 ]

作为近两年里唯一的一场月全食(下一场就是 2021 年 5 月了),众多天文爱好者或是亲身前往、或是通过网络观赏了这场天文盛况,许多天文科普平台也进行了直播。

2019 年可见月全食全过程的区域(暗色阴影区),美国、北非、大部分欧洲地区可见,中国境内因为是白天所以完美错过 | In the sky.org [ 2 ]

比如,当时格里菲斯天文台就进行了直播。

时间是格里菲斯天文台所在的美国加利福尼亚州洛杉矶当地时间 | 格里菲斯天文台 [ 3 ]

于是,就这样,猝不及防地,全世界的观众被迫营业目睹到了一种极难 " 捕捉 " 到的奇观—— "月闪"(lunar flash)。

编译自格里菲斯天文台 [ 4 ]

目击和拍摄到月面闪光,可能的原因不止一种,但(在排除了看错和仪器问题之后)最主要的一个原因是流星体撞击——这次月闪就是流星体撞击月面引起的(lunar impact flash)。

几个小时后,月球撞击探测和分析系统(MIDAS)位于西班牙 Sevilla 的 5 台施密特 - 卡塞格林望远镜观测数据确认了这次月闪的真实性。随后公布的报告中确认了这次月闪的进一步细节:发生于协调世界时 2019 年 1 月 21 日 4:41:38 UTC,持续时间 0.28 秒,最亮时达到 4.2 星等 [ 5 ] 。

月闪罕见吗?

流星体撞击月面引起的月闪其实算不上稀有,虽然流星体会在什么时候撞上月面是一件百分之百的随机事件,但理论上来说,每天都能发生那么几次足够亮的月闪

是的,这些直径不足一米的小型流星体,如果撞上了地球,会被大气层无情拦住,但它们可以畅通无阻地撞上月球表面,引起一次次小规模的 " 爆破 " 和闪光。

流星体撞上月面的艺术想象图 | NASA

但在地球上目击到这样的月闪却并不容易:比如,撞到月球背面的月闪肯定是看不到的,撞上月球正面明亮区域的月闪、月球离太阳位置较近的时候发生的月闪也是基本看不出来的…… 等等等等。

总之,对于普通的天文爱好者来说,目击到月闪是需要一点运气的。目击到月闪还能幸运地被其他观测者的观测记录所证实,能确认这是一次真实发生的月闪,更需要一点运气。

但刚好发生在月全食期间的月闪,就比较罕见了,而 2019 年月全食期间的这次月闪,则是首个被成千上万的观众同时目击到的月闪事件,堪称 2019 年的大型锦鲤批发现场。

月闪如何观测?

说到这里,你可能已经 get 到了,监测和统计流星体撞击引起的月闪,正是我们地球人了解如今的月球受小天体撞击规模和频率的一把钥匙。

而作为地球的一面镜子(嗯,就是不带大气层滤镜的那种),了解月球的被撞现状,也就是了解我们地球自身

然而事实上,在先进的天文望远镜和探测器时代来临之前,人们很难确认月闪的真实性和原因。毕竟……你说你看到了月球上闪了一下,怎么能证明这肯定不是你眼花了呢?

望远镜发明之前的月闪目击记录中,最有名且可能可信的当属1178 年的坎特伯雷事件。据记载,1178 年 6 月 18 日,英格兰坎特伯雷的 5 名修士声称在新月尖角附近看到了剧烈的闪光,像 " 炙热的煤和火花 "," 把新月的上角一分为二 "。

有天文学家认为,这次月闪是流星体撞击引起的,撞击的结果就是形成了直径 22 公里的 Giordano Bruno 撞击坑 [ 6, 7 ] 。

Giordano Bruno 撞击坑位于月球正背面交界一带(北纬 36.0 °,东经 102.9 °) | LROC/QuickMap

也有天文学家则认为,当年这些修士看到的 " 月面闪光 " 其实并不发生在月面,而是刚好有一颗流星体飞入地球大气层,形成了火流星。好巧不巧,这颗火流星飞行的方位和月球很近,于是,四舍五入就相当于目击者有可能把两个图层叠加成了一个图层 [ 8 ] 。

总之,这次月闪事件没有照片(废话),也没有任何其他观测者留下记录可以作为旁证,成因至今仍有争议。

好在,在如今的许多天文望远镜和探测器的帮助之下,这样的情况得到了很好的改善。举几个栗子。

1

月球撞击探测和分析系统

前面提到最先确认 2019 年这次月闪的月球撞击探测和分析系统(MIDAS),就在近十多年来一直致力于记录和确认撞击引起的月闪。

MIDAS 项目的天文台位置和望远镜示例▼

来源:MIDAS [ 9 ]

发现过这样的月闪▼

来源:MIDAS [ 10 ]

2

自动月面陨击观测天文台

2006 年开始,NASA 马歇尔空间飞行中心的自动月面陨击观测天文台(ALaMO)配备了专门用于监测月闪的望远镜,追踪月球正面的夜半球。

自动月面陨击观测天文台(ALaMO)和配备的 35 厘米口径施密特 - 卡塞格林望远镜 | NASA [ 11 ]

发现过这样的月闪▼

来源:NASA [ 11 ]

3

近地天体月面撞击和光学瞬变观测计划

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还有更近一些的,欧空局的近地天体月面撞击和光学瞬变观测计划(NELIOTA)从 2017 年初开始,通过 1.2 米口径的 Kryoneri 望远镜监测撞击月闪,截至 2019 年末已经发现了 79 次近地天体 / 流星体撞击月球引起的月闪。

NELIOTA 计划发现的月闪 | NELIOTA [ 12 ]

4

月球勘测轨道飞行器

除了直接观测月闪,环绕月球持续拍照的探测器也可以通过比对月面同一区域的照片,寻找月球上新形成的撞击坑,来反推月球每年被多少流星体撞击过。而且,环月探测器还有个地面望远镜无法企及的优势,那就是:地面望远镜只能拍到月球正面,而探测器连月球背面也能拍到。

话虽如此,但也需要探测器的拍照能力足够强才行,毕竟小型流星体(直径不足一米)撞击月面形成的撞击坑只有几十米甚至更小,拍照分辨率不够高的话,根本就看不出来的

所以,其实一直到月球探测器里的大杀器,NASA 的月球勘测轨道飞行器(LRO)横空出世之后,这件事儿才真给实现了。

月球勘测轨道飞行器(LRO)工作的艺术想象图 | NASA

2009 年 6 月,LRO 探测器进入环月轨道,自此以最高可达<1 米 / 像素的超清画质,十几年如一日勤勤恳恳地给月球表面拍照,有些区域就有了两次甚至更多次重复高清照片。

对比同一区域的照片,就有可能找到月面新坑▼

一个 2012-15 年期间新撞出的撞击坑(白色箭头处),直径 14.3 米 | 参考文献 [ 13 ]

仅仅通过比对 LRO 探测器 2009-2015 年里拍摄的高清月面重复照片(覆盖全月 6.6% 的面积),行星科学家们就已经发现了222 个新形成的撞击坑,直径从几米到 43 米不等,数目比之前的理论估计高出 33% [ 13 ] 。也就是说,月球和地球真的是小撞不断呢。

2009-2015 年里月球上 222 个新形成的撞击坑分布(黄点)。红点是接下来会提到的两次月闪事件 | 参考文献 [ 13 ]

LRO 探测器发现的新撞击坑,有些可以和地球上观测到的月闪记录完美对应。

2013 年 3 月 17 日 03:50:54.312 UTC,NASA 马歇尔空间飞行中心的自动月面陨击观测天文台记录了一次月闪事件;几个月后,月球勘测轨道飞行器在月面北纬 20.7135 °,西经 24.3302 ° 找到了肇事流星体砸出的直径 18.8 米的新撞击坑 [ 14 ] 。

2013 年 3 月 17 日的月闪记录(左)和 LRO 探测器通过比对 2012 年 2 月 12 日和 2013 年 7 月 28 日的局部高清月面影像找到的新撞击坑(右) | 参考文献 [ 14 ]

2013 年 9 月 11 日 20:07:28.68 UTC,月球撞击探测和分析系统位于西班牙 Sevilla 的两台口径分别为 0.36 米和 0.28 米的施卡望远镜记录了一次峰值亮达 2.9 星等,持续时间长达 8 秒的 " 超级月闪 ",这是自有完备的月闪记录以来最亮最久的一次月闪 [ 15 ] 。2014 年 9 月,LROC 项目组确认 LRO 探测器在月面南纬 17.167 °,西经 20.401 ° 找到了肇事流星体撞出的直径约 34 米的撞击坑 [ 16 ] 。

2013 年 9 月 11 日 MIDAS 的 0.36 米望远镜记录的月闪(左)和 LRO 找到的新撞击坑(右)。来源:参考文献 [ 15, 16 ]

没有这么高大上的天文仪器,

还能观测月闪吗?

说到这里…… 2019 年这次月全食期间的月闪可以说是给了我们一个很棒的参考。

早在专业的月闪监测天文台确认之前,许多蹲守拍摄的天文爱好者就靠自己的天文器材纷纷看到和拍摄下了这转瞬即逝的月面闪光,这些来自德国、捷克、奥地利等各地的月闪目击报告通过网络迅速传开

比如 ......

Fritz Pichardo 拍摄于圣多明哥 [ 17 ]

Petr Hor á lek 拍摄于佛得角 [ 18 ]

哥伦比亚安蒂奥基亚大学的 Jorge Zuluaga 及其同事,则通过收集和整理这些天文爱好者的拍摄的照片,对这次月闪事件进行了详细的还原,成果发表在了2019 年 12 月 20 日的《英国皇家天文学会会刊》(MNRAS)上 [ 19 ] 。

用于论文中分析月闪事件的拍摄信息▼

照片主要来自 timeanddate 和 NASA APOD,拍照设备五花八门 | 参考文献 [ 19 ]

借助拍摄于各地的月闪照片和视频,Jorge Zuluaga 及其同事找到精确的流星体撞击位置:月面南纬 29.43 °,西经 67.89 °,位于拉格朗日 K、X、H 三个撞击坑之间。

流星体撞击月面位置 | 参考文献 [ 19 ]

肇事流星体直径中位数 29 厘米、质量中位数 27 公斤、倾斜撞击月面(夹角小于 38.2 °),产生的能量相当于 0.3-1.9 吨 TNT 爆炸,预计会在月面形成一个直径 6-13 米的撞击坑——这还要等待接下来的环月探测器来拍照验证。

此外,虽然通过目前的观测结果无法精确还原肇事流星体原本的轨道,但比较倾向于这颗流星体来自地球轨道以内。如果原本是小行星的碎片,那可能来自阿登型(Aten)小行星。

阿登型(Aten)小行星轨道 | 改编自维基

专业天文学家和业余天文爱好者的这次成功的合作告诉我们,即使是在专业天文观测手段已经如此发达的今天,业余天文爱好者依然有可为,而且不限于记录月闪这一件事。

至于对我们可怜弱小又无助的科研螺丝钉来说嘛…… 你看你看!有些人只看了场月全食,有些人看完发了个微博 / 推特,可有些人回家整整网上的照片就发了顶刊 paper

你说这人比人……真是哭了……

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参考文献

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[ 1 ] https://www.esa.int/spaceinvideos/Videos/2018/07/What_is_an_eclipse

[ 2 ] https://in-the-sky.org/news.php?id=20190121_09_100

[ 3 ] http://www.griffithobservatory.org/events/Lunar_Eclipse_January_2019.html

[ 4 ] https://www.youtube.com/watch?v=MJH78GD70is&feature=youtu.be

[ 5 ] Madiedo, J. M., Ortiz, J. L., Morales, N., & Santos-Sanz, P. ( 2019 ) . Multiwavelength observations of a bright impact flash during the 2019 January total lunar eclipse. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 486 ( 3 ) , 3380-3387.

[ 6 ] Hartung, J. B. ( 1976 ) . Was the formation of a 20 ‐ km ‐ diameter impact crater on the Moon observed on June 18, 1178?. Meteoritics, 11 ( 3 ) , 187-194.

[ 7 ] Calame, O., & Mulholland, J. D. ( 1978 ) . Lunar crater Giordano Bruno: AD 1178 impact observations consistent with laser ranging results. Science, 199 ( 4331 ) , 875-877.

[ 8 ] Nininger, H. H., & Huss, G. I. ( 1977 ) . Was the Formation of Lunar Crater Giordano Bruno Witnessed in 1178? Look Again. Meteoritics, 12 ( 1 ) , 21-25. [ 9 ] https://www.cosmos.esa.int/documents/549247/643223/Madiedo_The_MIDAS_project.pdf

[ 10 ] https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2018/07/Two_lunar_flashes_GIF

[ 11 ] https://www.nasa.gov/centers/marshall/news/lunar/index.html

[ 12 ] https://neliota.astro.noa.gr/

[ 13 ] Speyerer, E. J., Povilaitis, R. Z., Robinson, M. S., Thomas, P. C., & Wagner, R. V. ( 2016 ) . Quantifying crater production and regolith overturn on the Moon with temporal imaging. Nature, 538 ( 7624 ) , 215.

[ 14 ] Suggs, R. M., Moser, D. E., Cooke, W. J., & Suggs, R. J. ( 2014 ) . The flux of kilogram-sized meteoroids from lunar impact monitoring. Icarus, 238, 23-36.

[ 15 ] Madiedo, J. M., Ortiz, J. L., Morales, N., & Cabrera-Ca o, J. ( 2014 ) . A large lunar impact blast on 2013 September 11. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 439 ( 3 ) , 2364-2369.

[ 16 ] LROC | Another New Crater!

http://lroc.sese.asu.edu/posts/810

[ 17 ] https://twitter.com/sciencenews/status/1095522972062924800

[ 18 ] https://physicsworld.com/a/citizen-scientists-spot-meteorite-strike-during-lunar-eclipse/

[ 19 ] Zuluaga, J. I., Tangmatitham, M., Cuartas-Restrepo, P., Ospina, J., Pichardo, F., L ó pez, S. A., ... & Gaviria-Posada, J. M. ( 2019 ) . Location, orbit, and energy of a meteoroid impacting the Moon during the lunar eclipse of 2019 January 21. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 492 ( 1 ) , 1432-1449.

作者:Haibaraemily

编辑:Steed

一个 AI

不就是月亮脸上又多长了一粒麻子嘛……

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