火流星

火流星（英文名：bolide^[2]）一种看上去非常明亮，可能发着“沙沙”的响声，有时还有爆炸声的流星。^[1]根据国际流星组织火流星资料中心（IMO FIDAC）的资料说明：所有经过天顶修正后亮度高于负三等（星等越小表示越亮）的流星都被定义为火流星。^[1]

火流星，是流星现象的一种，指直径超过1米的流星体进入大气层时，与大气摩擦，流星体烧蚀、空爆，导致其瓦解而产生的一种天文现象。通常火流星的亮度极高，犹如一条闪耀的的巨型火龙划过天际，或发出“沙沙”声响，或爆炸轰鸣，极少数亮度非常高的火流星即使在白天也能看到。^[4]

2020年12月23日7时24分，疑似一颗小行星毫无预警地从青海玉树地区上空撞入大气层，在青海省玉树藏族自治州杂多县、囊谦县上空产生了空爆，形成火流星。^[5]火流星不仅能通过空爆、撞击对人类活动区域构成直接威胁，对在轨航天器的安全运行也构成现实性威胁。^[3]由于火流星运动速度快、出现高度低，只有地球上局部约百公里区域范围内可见，因此布设火流星监测网络开展区域范围的火流星监测具有重要的现实意义。^[6]

流星体是分布在星际空间的细小物体和尘粒。大部分肉眼可见的流星体重量都在1克以下，和沙粒差不多，直径在0.1-1cm之间。^[1]

流星体飞入地球大气层时，跟大气摩擦发生了光和热，最后被燃尽成为一束光，这种现象叫流星。而流星的颜色是流星体的化学成分及反应温度的体现。^[1]

一种看上去非常明亮，可能发着“沙沙”的响声，有时还有爆炸声的流星。^[1]根据国际流星组织火流星资料中心（IMO FIDAC）的资料说明：所有经过天顶修正后亮度高于负三等（星等越小表示越亮）的流星都被定义为火流星。^[1]亮度超过绝对视星等-17的流星被称为超火流星。^[7]

火流星是指小尺寸近地小天体进入大气层后与大气剧烈摩擦发生烧蚀、空爆、裂解，并伴随发热发光的现象，部分火流星未完全烧蚀可陨落到地表成为陨石。火流星不仅能通过空爆、撞击对人类活动区域构成直接威胁，对在轨航天器的安全运行也构成现实性威胁，如国际空间站（International Space Station，ISS），哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope，HST），韦布太空望远镜（James Webb Space Telescope，JWST）都遭遇过流星体撞击。^[3]

存在于太阳系中有许多微小的流星体，它们大多由星际空间的尘埃、彗星碎片、冰块等组成，直径从几微米、几厘米至数米不等。在太阳强大引力作用下，它们围绕着太阳运动，其轨道大多是偏心率较大的椭圆。在它们绕日运行的过程中，速度可达42km/s，有时会接近大行星，便会受其摄动，从而脱离原来的运行轨道。^[8]流星体进入大气层的速度介于11km/s到72km/s之间，和大气摩擦产生的高热使它气化，且电子产生激发，形成光迹，化为流星。^[9]当流星体质量较大(质量大于几百克)，进入地球大气后来不及在高空燃尽而继续闯入稠密的低层大气，并以极高的速度和地球大气剧烈摩擦，产生出耀眼的光亮。^[1]当亮度比金星还高时，称之为火流星。^[9]

宇宙空间除了大的星体外，还有很多很多的小物体和尘埃，即天文学上说的流星体和微流星体。地球在空间运动不会越出自己的轨道，但这些流星体却毫无规律，乱跑乱撞，地球每时每刻都会同大量的流星物体相遇，有的小流星体一进入大气层就摩擦发光，在80～120公里的高空划出一道白光，便是流星；有的流星物接连进入大气层，又接连变作白光，叫做流星雨；还有的流星光亮大，并带着声音，叫做火流星。不过，更多的是不见光亮的小流星体。^[10]火流星消失后，有时会留下云雾状的长带，称为“流星余迹”，可存在几秒钟到几分钟，甚至几十分钟。^[1]

火流星和流星雨都是流星的一种。形成流星雨的“流星体”，是彗星或者小行星受到太阳风影响后，挥发出的细小颗粒，直径为几毫米到几微米不等。它们沿着同一轨道绕着太阳运行，同地球轨道存在相交的空间。每年的特定时间，当地球经过这些颗粒区域附近时，它们会以几乎一致的速度和方向冲进地球的大气层，就会形成“流星雨”的现象。^[4]

火流星的颜色有很多种，包括红色、蓝色、紫色等。这些颜色的产生和变化原因较为复杂，主要与流星体的物质成分、大气组成有关。比如，如果流星体物质中含有钠，那流星体就会出现黄色；如果含有镁，那流星体就会出现白蓝色；如果含有镍niè，那就会出现绿色；而常见的红色流星体，主要是由于大气成分中氮和氧产生的光线。^[4]

声音是衡量火流星起源的一重要参数。有声火流星具有170.60.0，102.40.0,66.12.2，27.30.4，23.30.0,17.90.4，14.80.1，12.40.1，10.50.3年的可能周期。它们与陨石坠落周期基本相同。有声火流星与陨石同源。^[11]

1979年霍京奥克首次提出从人造地球卫星或其它行星轨道上观察明亮的火流星。从宇宙中能很好地看到火流星，而不受天气条件的影响，视野变得特别开阔。如果卫星高度等于0.1行星半径，则地球大气层可观察面积将达到2000万平方公里。^[12]

美国人首先部分实现了这一思想。从1994年6月起，装备有光学传感器和红外传感器的美国地球同步卫星记录了地球大气层中火流星的明亮闪光，1年内在高度为30—40公里处记录到近30次这样的闪光。专家们认为，这些闪光是直径为1—3米的陨星进入大气层中引起的。大多数这类天体在大气层中破裂成极小的碎片。美国的卫星探测器记录的仅仅是闪光强度和闪光时间。^[12]

火流星事件随机出现，主要依靠目击者描述、安防监控、行车记录仪等被动途径获得信息，缺乏主动开展的系统性监测。一方面，监测缺乏使得针对火流星事件的流星体轨迹参数的解算、轨道和母体溯源、进入大气层前物理特性反演、陨落区的计算等问题变得困难；另一方面，由于目前发现的10m级近地小行星数量不及理论预测的0.1％样本数少且存在系统偏差，从而导致了近地小行星尺频分布在小尺寸端存在很大的不确定度，对于米级大小的数量估计偏差可达5倍。因此，构建区域级火流星监测网来开展常态化、多站点、全天区、联合组网观测，有助于精确刻画火流星事件的特性参数，并完善小尺寸近地小行星的尺频分布模型。^[3]

火流星监测经历了胶片相机、数码相机、模拟摄像机和CMOS相机等观测技术的发展。^[3]

20世纪60年代，德国和捷克共同建设了首个火流星监测网——欧洲火流星网，通过胶片相机加装旋转快门拍摄长曝光照片的方式进行监测，照片冲洗后进行肉眼搜寻及位置、速度测量，主要开展火流星计数统计研究。^[3]

21世纪初，数码相机和CCD相机逐渐取代胶片相机，但仍采用旋转快门方式获取时间信息。澳大利亚沙漠火流星网沿用并改进了这种监测方式，通过de Bruijn序列驱动液晶快门将精准的时间编码加入长曝光图像中，从而获得高精度的时间、位置及光度等信息，实现轨迹和轨道计算。^[3]

截止到2023年，CMOS相机广泛应用于流星视频监测，其低噪点、高感光度、高分辨率等特点提升了监测灵敏度和分辨率，采用USB或网络方式传输数据可以简化安装过程。^[3]

1994年2月1日在太平洋马绍尔群岛上空有一颗“亮度超太阳”的巨大火流星掠过夜空，该火流星是质量为400吨的天体形成的，它在从34公里到21公里的高空破裂成碎片，其辐射能量超过16×1012焦耳。^[12]

1997年12月9日，有一颗非常明亮的火流星在格陵兰岛上空飞驰而过，甚至离坠落地点100—300公里以外的人都能见到它，据说它把当地照得比白天还亮。^[12]

2017年10月4日中秋夜20点左右，当人们还在家中吃着月饼，沉浸在团圆喜悦中的时候，一个橘红色的火球拖着条长长的尾巴在云南迪庆州的上空划过，强烈的光亮使云南许多地方的人们都看见了这一奇观，后经科学家证实，这是一颗来自太空的火流星。^[13]

2017至2022年，中国云南香格里拉、云南西双版纳、吉林松原、青海玉树、河南驻马店及甘肃龙德接连发生超级火流星事件，并有陨石坠落。^[3]

2020年12月23日青海玉树一颗直径约6.5m的小行星引发了火流星事件，空爆产生9.5kt TNT当量的能量，成为中国近年来最大的一次火流星事件。^[3]北京时间2020年12月23日7点23分，位于青海西藏交界处的玉树藏族自治州囊谦小城一片宁静。此时距离天亮约40分钟，大部分人还躲在温暖的被窝中，但已有早起的人顶着严寒和星光，开始了一天的忙碌。突然，夜空中出现一个暗弱的移动光点。约10秒后，光点变成飞行火球，拖着长尾，以接近水平的角度飞向地面。火球越来越大，越来越亮，甚至超过了太阳的亮度。约20秒后，火球开始爆炸。在随后的10秒内，火球相继出现了多次空爆，在地面感受到多次明亮的闪光，瞬间将夜空照亮如同白昼。约30秒后，火球分裂成了十余个肉眼可见的碎块，消失在天际。^[15]

2021年8月12日闪现在葡萄牙幽暗夜空中的颗流星，从右向左掠过视野。^[16]这道流星痕初始的泛绿辉光，是英仙座流星雨的火流星之典型特征。^[16]

中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室小行星防御课题组博士研究生耿淑娟与研究员周炳红、李明涛，提出了利用小行星进入大气层的火流星观测数据约束其物理性质和轨道的方法，同时，利用该方法对2022EB5近地小行星的物理性质进行约束，推断其或是一颗低密度、低强度、低反照率的碳质小行星。该研究为未来通过火流星观测数据获取小行星密度、强度、反照率等物理特性的分布特征提供了新途径。^[17]

流星在高速穿越大气层时由于受到气体的摩擦和热化作用，会释放出不同的化学元素，产生不同的光谱线，从而呈现出多彩的颜色。每颗流星的光谱数据都不同，通过光谱图像能够帮助分析流星的化学成分，以及是否来自同一个天体等信息，从而有助于进一步构建流星数据库，对研究太阳系起源等方面具有重要意义。^[18]

地球周围存在大量的太阳系小天体，对地球和人类生存环境构成现实威胁。直径较大的近地小天体可通过天文望远镜巡天观测来进行识别和监测，但直径较小的近地小天体（如直径小于10米的目标，数量达到亿级）很难在大气层外被望远镜所发现，更无法了解它们的轨道特性、陨落地点、撞击危害等关键信息，仅能从监测它们进入地球大气层后引发的火流星事件来初窥端倪。但是，由于火流星运动速度快、出现高度低，只有地球上局部约百公里区域范围内可见，因此布设火流星监测网络开展区域范围的火流星监测具有重要的现实意义。^[6]