ペルセウス座流星群がやって来ます！流れ星はなぜさまざまな色を持っているのでしょうか?

制作：中国科学普及協会

著者: Denovo チーム

プロデューサー: 中国科学博覧会

ペルセウス座流星群は、毎年最も有名で活発な流星群の 1 つで、通常は 7 月中旬から 8 月下旬にかけて出現し、8 月 12 日から 14 日の間にピークを迎えます。

ペルセウス座流星群は、その放射点（流星が出現するように見える空の点）がペルセウス座の方向にあることからそのように呼ばれています。ペルセウス座流星群は、スイフト・タットル彗星（109P）から発生します。 1時間あたり60～100個の流星を観測できます。速度が速く、明るさが高く、尾がはっきりしているため、夏の夜空で最も人気のある天文現象の一つとなっています。

流星群

（画像出典：著者のAIにより生成）

流れ星はなぜさまざまな色があるのでしょうか?

流星がさまざまな色に見えるのは、流星が地球の大気圏に突入する際にその成分が高熱で加熱され、さまざまな元素や化合物が燃焼して特定のスペクトルを放射するためです。

流星体が地球の大気圏に入ると、多数の空気分子と激しく衝突します。これらの衝突により、隕石の表面の物質が高温のために蒸発し、ナトリウム、鉄、マグネシウムなどの原子の蒸気が形成されます。

その後の衝突で、電子は原子核からの平均距離がさらに離れた軌道に押し出されます。電子が元の位置に戻ると、ガス放電ランプと同じプロセスで光が放出されます。

異なる組成の流星は高温で燃焼して異なる色の光を発しますが、これは中学校で学んだ炎色の反応に似ています。炎色反応では、金属塩が高温で燃焼して特定の色が生成されますが、これは炎色分析の基礎でもあります。例えば：

ナトリウム（Na）：黄色

マグネシウム（Mg）：青緑色

カルシウム（Ca）：紫

鉄（Fe）：黄色からオレンジ色

シリコン（Si）：赤またはオレンジ

流星が地球の大気圏に入ると、流星自体の高速運動に加え、空気中の窒素（N2）分子や酸素（O2）分子との激しい衝突が起こります。これらの衝突から生じるエネルギーにより、窒素分子と酸素分子が励起されイオン化され、光を放出します。このうち励起とは、分子の電子がエネルギーを吸収し、基底状態から励起状態に遷移することを指します。イオン化とは、分子の電子が十分なエネルギーを吸収して分子から分離し、イオンを形成するプロセスを指します。たとえば、酸素を燃焼すると緑色または赤色の光が生成され、窒素を燃焼すると紫色の光が生成されます。

同じ流星がなぜ色を変えるのでしょうか?

2023年8月のペルセウス座流星群の際、筆者は色が変わる火球を目撃した。火球は非常に明るい流星で、通常は明るさが -4 以上で、普通の流星よりもかなり明るいです。火の玉は通常、長時間続き、さまざまな色を呈し、大きな衝撃音と散乱した破片を伴って爆発することもあります。

色が変わる火の玉

（写真提供：著者撮影）

流星の色の変化は、流星が地球の大気圏に突入する速度、高度、流星の大きさなど、他の要因によって影響を受ける可能性があります。これらの要因が組み合わさって、流星が燃えるときに現れる特定の色の変化が決まります。

火の玉

（画像出典：著者のAIにより生成）

1. 異なる材料

流星は通常、さまざまな元素や化合物で構成されており、高温で燃焼すると異なる成分が異なる色を発します。たとえば、隕石の一部にはマグネシウムが豊富に含まれ、別の部分にはナトリウムが豊富に含まれている場合が考えられます。流星が燃えると、これらの異なる成分はそれぞれ青緑色と黄色に輝きます。

2. 燃焼温度の変化

流星が大気圏を加速し、空気抵抗の影響を受けると、燃焼温度が変化します。異なる温度で燃焼すると、異なる元素または化合物のスペクトルが変化します。たとえば、比較的低温ではナトリウムの黄色い光が優勢になる一方、高温ではマグネシウムの青緑色の光が現れることがあります。

3. 大気密度の変化

流星が地球の大気圏に入ると、高高度の薄い大気から低高度の濃い大気へと移動します。大気の密度の変化は、流星の燃焼プロセスや発光特性に影響を及ぼす可能性があります。高度が高い場合、燃焼が不完全となり、一部の部品が単色で光ることがあります。一方、高度が低いと大気はより濃くなり、燃焼はより激しくなり、別の色を発する可能性があります。

観察ガイド

一年で最も壮観な天文現象のひとつ、ペルセウス座流星群がもうすぐ到来します。特別な夜に一緒に星空を見上げ、流れ星が空を横切る美しい光景を楽しみましょう。以下は、皆様に最高の鑑賞体験をお届けすることを願って作成した鑑賞ガイドです。

流れ星を見る

（画像出典：著者のAIにより生成）

観察に最適な時期：2024年8月12日～14日 月の影響により、ペルセウス座流星群は真夜中から夜明けの数時間前が観察に最適です。 12日の月は23時28分に沈みます。月は13日午前0時9分に地平線の下に沈みます。月が沈む1～2時間前を選択できるため、14日の00:57に月は地平線の下に沈みます。

観察場所の選択：都市の光害を避けてください。田舎や山頂など、市街地から100キロ以上離れた、景色が広くて暗い場所までドライブするのが最適です。最高の鑑賞のためには、天気が晴れて雲がないことを確認してください。

準備：リクライニングチェアや毛布を持参して、快適に横になって夜空を眺めましょう。暖かく過ごせる十分な衣服、蚊よけ、Bluetooth スピーカーをご持参ください。

観察のヒント：椅子や毛布の上に横たわるのが最適です。ペルセウスを見つけるのに役立つアプリがいくつかあります。ペルセウス座流星群だけに注目する必要はありません。流星は夜空のどこにでも現れる可能性があるので、広い視野を保つことが重要です。辛抱強く待つと、1 時間あたり最大 100 個の流星が見られ、素晴らしい火球も見られるかもしれません。

一眼レフカメラ撮影のヒント：一眼レフカメラには、広角レンズまたは大口径の固定焦点レンズと、安定した三脚を装備する必要があります。カメラの絞りを最大光量に設定し、露出時間を 15 ～ 30 秒と長くし、感度を高くします (ISO800 ～ 3200)。そして、マニュアルフォーカスを無限遠に設定し、インターバル撮影機能やリモコンを使用して連続撮影し、木や山などの興味深い前景を選択します。撮影後のノイズ低減、スタック合成、色調整により、より美しい流星の瞬間を撮影できます。

要約する

ペルセウス座流星群は毎年最も人気のある天文現象の一つです。豊富な流星数、華やかな色の変化、そしてユニークな観察体験は、夏の夜空のハイライトとなります。皆さんは流星群についてより深く理解するだけでなく、流星群をより良く観察し、撮影する技術も習得したと思います。すべての星空観察者が、ペルセウス座流星群とともに奇跡とロマンスに満ちた夜を過ごせますように。一緒に楽しみにして星空を見上げ、たまに色を変える流れ星に出会いましょう！

参考文献:

1.ジリャエフ、ボリス・エフィモビッチ、他。 「衝突後の流星体の特性を推定する方法」第22回国際科学会議 天文学若手科学者学校。 2020年12月11～12日、p. 2020年20-22日。