2020-02-08 07:47
本文來自公眾號(hào)：
果殼（ID：Guokr42），作者： Haibaraemily
盆友，還記得去年1月21日的月全食么？
月全食時(shí)太陽、地球和月亮的位置關(guān)系 | ESA [1]
作為近兩年里唯一的一場(chǎng)月全食（下一場(chǎng)就是2021年5月了），眾多天文愛好者或是親身前往、或是通過網(wǎng)絡(luò)觀賞了這場(chǎng)天文盛況，許多天文科普平臺(tái)也進(jìn)行了直播。
2019年可見月全食全過程的區(qū)域（暗色陰影區(qū)），美國(guó)、北非、大部分歐洲地區(qū)可見，中國(guó)境內(nèi)因?yàn)槭前滋焖酝昝厘e(cuò)過 | In the sky.org [2]
比如，當(dāng)時(shí)格里菲斯天文臺(tái)就進(jìn)行了直播。
時(shí)間是格里菲斯天文臺(tái)所在的美國(guó)加利福尼亞州洛杉磯當(dāng)?shù)貢r(shí)間 | 格里菲斯天文臺(tái) [3]
于是，就這樣，猝不及防地，全世界的觀眾被迫營(yíng)業(yè)目睹到了一種極難“捕捉”到的奇觀——“月閃”（lunar flash）。
編譯自格里菲斯天文臺(tái) [4]
目擊和拍攝到月面閃光，可能的原因不止一種，但（在排除了看錯(cuò)和儀器問題之后）最主要的一個(gè)原因是流星體撞擊——這次月閃就是流星體撞擊月面引起的（lunar impact flash）。
幾個(gè)小時(shí)后，月球撞擊探測(cè)和分析系統(tǒng)（MIDAS）位于西班牙Sevilla的5臺(tái)施密特-卡塞格林望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)數(shù)據(jù)確認(rèn)了這次月閃的真實(shí)性。隨后公布的報(bào)告中確認(rèn)了這次月閃的進(jìn)一步細(xì)節(jié)：發(fā)生于協(xié)調(diào)世界時(shí)2019年1月21日4:41:38 UTC，持續(xù)時(shí)間0.28秒，最亮?xí)r達(dá)到4.2星等[5]。
月閃罕見嗎？
流星體撞擊月面引起的月閃其實(shí)算不上稀有，雖然流星體會(huì)在什么時(shí)候撞上月面是一件百分之百的隨機(jī)事件，但理論上來說，每天都能發(fā)生那么幾次足夠亮的月閃。
是的，這些直徑不足一米的小型流星體，如果撞上了地球，會(huì)被大氣層無情攔住，但它們可以暢通無阻地撞上月球表面，引起一次次小規(guī)模的“爆破”和閃光。
流星體撞上月面的藝術(shù)想象圖 | NASA
但在地球上目擊到這樣的月閃卻并不容易。比如，撞到月球背面的月閃肯定是看不到的，撞上月球正面明亮區(qū)域的月閃、月球離太陽位置較近的時(shí)候發(fā)生的月閃，也是基本看不出來的……
總之，對(duì)于普通的天文愛好者來說，目擊到月閃是需要一點(diǎn)運(yùn)氣的。目擊到月閃還能幸運(yùn)地被其他觀測(cè)者的觀測(cè)記錄所證實(shí)，能確認(rèn)這是一次真實(shí)發(fā)生的月閃，更需要一點(diǎn)運(yùn)氣。
但剛好發(fā)生在月全食期間的月閃，就比較罕見了，而2019年月全食期間的這次月閃，則是首個(gè)被成千上萬的觀眾同時(shí)目擊到的月閃事件，堪稱2019年的大型錦鯉批發(fā)現(xiàn)場(chǎng)。
月閃如何觀測(cè)？
說到這里，你可能已經(jīng)get到了，監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)流星體撞擊引起的月閃，正是我們地球人了解如今的月球受小天體撞擊規(guī)模和頻率的一把鑰匙。
而作為地球的一面鏡子（嗯，就是不帶大氣層濾鏡的那種），了解月球的被撞現(xiàn)狀，也就是了解我們地球自身。
然而事實(shí)上，在先進(jìn)的天文望遠(yuǎn)鏡和探測(cè)器時(shí)代來臨之前，人們很難確認(rèn)月閃的真實(shí)性和原因。畢竟……你說你看到了月球上閃了一下，怎么能證明這肯定不是你眼花了呢？
望遠(yuǎn)鏡發(fā)明之前的月閃目擊記錄中，最有名且可能可信的當(dāng)屬1178年的坎特伯雷事件。據(jù)記載，1178年6月18日，英格蘭坎特伯雷的5名修士聲稱在新月尖角附近看到了劇烈的閃光，像“炙熱的煤和火花”，“把新月的上角一分為二”。
有天文學(xué)家認(rèn)為，這次月閃是流星體撞擊引起的，撞擊的結(jié)果就是形成了直徑22公里的Giordano Bruno撞擊坑 [6, 7]。
Giordano Bruno撞擊坑位于月球正背面交界一帶（北緯36.0°，東經(jīng)102.9°） | LROC/QuickMap
也有天文學(xué)家則認(rèn)為，當(dāng)年這些修士看到的“月面閃光”其實(shí)并不發(fā)生在月面，而是剛好有一顆流星體飛入地球大氣層，形成了火流星。好巧不巧，這顆火流星飛行的方位和月球很近，于是四舍五入就相當(dāng)于目擊者有可能把兩個(gè)圖層疊加成了一個(gè)圖層 [8]。
總之，這次月閃事件沒有照片（廢話），也沒有任何其他觀測(cè)者留下記錄可以作為旁證，成因至今仍有爭(zhēng)議。
好在，在如今的許多天文望遠(yuǎn)鏡和探測(cè)器的幫助之下，這樣的情況得到了很好的改善。舉幾個(gè)例子：
1. 月球撞擊探測(cè)和分析系統(tǒng)
前面提到最先確認(rèn)2019年這次月閃的月球撞擊探測(cè)和分析系統(tǒng)（MIDAS），就在近十多年來一直致力于記錄和確認(rèn)撞擊引起的月閃。
MIDAS項(xiàng)目的天文臺(tái)位置和望遠(yuǎn)鏡示例
來源：MIDAS [9]
發(fā)現(xiàn)過這樣的月閃：
來源：MIDAS [10]
2. 自動(dòng)月面隕擊觀測(cè)天文臺(tái)
2006年開始，NASA馬歇爾空間飛行中心的自動(dòng)月面隕擊觀測(cè)天文臺(tái)（ALaMO），配備了專門用于監(jiān)測(cè)月閃的望遠(yuǎn)鏡，追蹤月球正面的夜半球。
自動(dòng)月面隕擊觀測(cè)天文臺(tái)（ALaMO）和配備的35厘米口徑施密特-卡塞格林望遠(yuǎn)鏡 | NASA [11]
發(fā)現(xiàn)過這樣的月閃
來源：NASA [11]
3. 近地天體月面撞擊和光學(xué)瞬變觀測(cè)計(jì)劃
還有更近一些的，歐空局的近地天體月面撞擊和光學(xué)瞬變觀測(cè)計(jì)劃（NELIOTA），從2017年初開始，通過1.2米口徑的Kryoneri望遠(yuǎn)鏡監(jiān)測(cè)撞擊月閃，截至2019年末已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了79次近地天體/流星體撞擊月球引起的月閃。
NELIOTA計(jì)劃發(fā)現(xiàn)的月閃 | NELIOTA [12]
4. 月球勘測(cè)軌道飛行器
除了直接觀測(cè)月閃，環(huán)繞月球持續(xù)拍照的探測(cè)器也可以通過比對(duì)月面同一區(qū)域的照片，尋找月球上新形成的撞擊坑，來反推月球每年被多少流星體撞擊過。而且，環(huán)月探測(cè)器還有個(gè)地面望遠(yuǎn)鏡無法企及的優(yōu)勢(shì)，那就是，地面望遠(yuǎn)鏡只能拍到月球正面，而探測(cè)器連月球背面也能拍到。
話雖如此，但也需要探測(cè)器的拍照能力足夠強(qiáng)才行，畢竟小型流星體（直徑不足一米）撞擊月面形成的撞擊坑只有幾十米甚至更小，拍照分辨率不夠高的話，根本就看不出來的。
所以，其實(shí)一直到月球探測(cè)器里的大殺器，NASA的月球勘測(cè)軌道飛行器（LRO）橫空出世之后，這件事兒才真給實(shí)現(xiàn)了。
月球勘測(cè)軌道飛行器（LRO）工作的藝術(shù)想象圖 | NASA
2009年6月，LRO探測(cè)器進(jìn)入環(huán)月軌道，自此以最高可達(dá)<1米/像素的超清畫質(zhì)，十幾年如一日地給月球表面拍照，有些區(qū)域就有了兩次甚至更多次重復(fù)的高清照片。
對(duì)比同一區(qū)域的照片，就有可能找到月面新坑：
一個(gè)2012年至2015年期間新撞出的撞擊坑（白色箭頭處），直徑14.3米 | 參考文獻(xiàn) [13]
僅僅通過比對(duì)LRO探測(cè)器2009那年至2015年里拍攝的高清月面重復(fù)照片（覆蓋全月6.6%的面積），行星科學(xué)家們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了222個(gè)新形成的撞擊坑，直徑從幾米到43米不等，數(shù)目比之前的理論估計(jì)高出33% [13]。也就是說，月球和地球真的是小撞不斷呢。
2009年至2015年里月球上222個(gè)新形成的撞擊坑分布（黃點(diǎn)）。紅點(diǎn)是接下來會(huì)提到的兩次月閃事件 | 參考文獻(xiàn) [13]
LRO探測(cè)器發(fā)現(xiàn)的新撞擊坑，有些可以和地球上觀測(cè)到的月閃記錄完美對(duì)應(yīng)。
2013年3月17日03:50:54.312 UTC，NASA馬歇爾空間飛行中心的自動(dòng)月面隕擊觀測(cè)天文臺(tái)記錄了一次月閃事件；幾個(gè)月后，月球勘測(cè)軌道飛行器在月面北緯20.7135°，西經(jīng)24.3302°找到了肇事流星體砸出的直徑18.8米的新撞擊坑 [14]。
2013年3月17日的月閃記錄（左）和LRO探測(cè)器通過比對(duì)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擊坑（右） | 參考文獻(xiàn) [14]
2013年9月11日20:07:28.68 UTC，月球撞擊探測(cè)和分析系統(tǒng)位于西班牙Sevilla的兩臺(tái)口徑分別為0.36米和0.28米的施卡望遠(yuǎn)鏡記錄了一次峰值亮達(dá)2.9星等，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8秒的“超級(jí)月閃”，這是自有完備的月閃記錄以來最亮最久的一次月閃[15]。2014年9月，LROC項(xiàng)目組確認(rèn)LRO探測(cè)器在月面南緯17.167°，西經(jīng)20.401°找到了肇事流星體撞出的直徑約34米的撞擊坑 [16]。
2013年9月11日MIDAS的0.36米望遠(yuǎn)鏡記錄的月閃（左）和LRO找到的新撞擊坑（右）。來源：參考文獻(xiàn) [15, 16]
沒有這么高大上的天文儀器，還能觀測(cè)月閃嗎？
說到這里…… 2019年這次月全食期間的月閃，可以說是給了我們一個(gè)很棒的參考。
早在專業(yè)的月閃監(jiān)測(cè)天文臺(tái)確認(rèn)之前，許多蹲守拍攝的天文愛好者就靠自己的天文器材紛紛看到和拍攝下了這轉(zhuǎn)瞬即逝的月面閃光，這些來自德國(guó)、捷克、奧地利等各地的月閃目擊報(bào)告通過網(wǎng)絡(luò)迅速傳開。
比如......
Fritz Pichardo拍攝于圣多明哥 [17]
Petr Horálek拍攝于佛得角 [18]
哥倫比亞安蒂奧基亞大學(xué)的Jorge Zuluaga及其同事，則通過收集和整理這些天文愛好者的拍攝的照片，對(duì)這次月閃事件進(jìn)行了詳細(xì)的還原，成果發(fā)表在了2019年12月20日的《英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)會(huì)刊》（MNRAS）上[19]。
用于論文中分析月閃事件的拍攝信息：
照片主要來自timeanddate和NASA APOD，拍照設(shè)備五花八門 | 參考文獻(xiàn) [19]
借助拍攝于各地的月閃照片和視頻，Jorge Zuluaga及其同事找到精確的流星體撞擊位置：月面南緯29.43°，西經(jīng)67.89°，位于拉格朗日K、X、H三個(gè)撞擊坑之間。
流星體撞擊月面位置 | 參考文獻(xiàn)[19]
肇事流星體直徑中位數(shù)29厘米、質(zhì)量中位數(shù)27公斤、傾斜撞擊月面（夾角小于38.2°），產(chǎn)生的能量相當(dāng)于0.3-1.9噸TNT爆炸，預(yù)計(jì)會(huì)在月面形成一個(gè)直徑6-13米的撞擊坑——這還要等待接下來的環(huán)月探測(cè)器來拍照驗(yàn)證。
此外，雖然通過目前的觀測(cè)結(jié)果無法精確還原肇事流星體原本的軌道，但比較傾向于這顆流星體來自地球軌道以內(nèi)。如果原本是小行星的碎片，那可能來自阿登型（Aten）小行星。
阿登型（Aten）小行星軌道 | 改編自維基
專業(yè)天文學(xué)家和業(yè)余天文愛好者的這次成功的合作告訴我們，即使是在專業(yè)天文觀測(cè)手段已經(jīng)如此發(fā)達(dá)的今天，業(yè)余天文愛好者依然有可為，而且不限于記錄月閃這一件事。
至于對(duì)我們可憐弱小又無助的科研螺絲釘來說，你看你看，有些人只看了場(chǎng)月全食，有些人看完發(fā)了個(gè)微博/推特，可有些人回家整理網(wǎng)上的照片就發(fā)了頂刊paper。
你說這人比人……真是哭了。
