这里有一个关于下个月宇宙日历的小剧透：五月初将迎来 宝瓶座η流星雨。这场流星雨将持续大约两周，并在 5 月 5 日晚上达到高峰。
公平地说，对于经验丰富的观星者来说，这算不上剧透，因为宝瓶座η流星雨几乎总是在五月初达到高峰。就流星雨而言，这一场是出了名的可靠和可预测。然而，其他流星雨则不那么可预测。4 月 13 日发表在《 Icarus 》杂志上的一篇论文揭示了原因。
关于流星和彗星
虽然流星雨通常以它们似乎起源的星座命名，但它们的实际起源与遥远的恒星无关。它们实际上来自由相对较小的天体留下的尘埃轨迹——主要是彗星，但偶尔也有小行星。就宝瓶座η流星雨而言，相关的彗星是哈雷彗星，一些有一定年龄的读者可能很幸运能在 1986 年它近距离经过地球时看到它。
乍一看，这可能令人惊讶。大多数彗星都遵循高度椭圆的轨道，可能需要很多年才能完成一次，而流星雨每年都会在同一时间发生。那么，这两者是如何联系起来的呢？
[ 相关：一颗“奇怪的”小行星-彗星混合体可以追溯到 46 亿年前。]
答案在于产生彗星标志性稀薄彗尾的过程。当彗星足够接近太阳时，它就会开始脱落物质。表面的冰冻化合物开始融化，太阳风将微小的尘埃和岩石颗粒吹散。结果是沿着彗星轨道轨迹形成的一系列尘埃和碎片，就像太空中留下的粉笔线一样。
就与流星雨相关的彗星而言，地球会足够接近这条轨迹，以至于其引力捕获一些丢失的物质。每年，无数微小的冰块和岩石碎片被从轨迹中拖出并拉向地球，在坠入我们大气层时燃烧殆尽。我们每年都在同一片天空看到由此产生的流星雨，因为互动每年都在那里发生。
预测流星雨的麻烦
理论上，流星雨应该是完全可预测的。地球的轨道年复一年几乎没有变化，彗星的轨迹也已经存在，等待着我们。这两者之间的相互作用应该每年都在同一时间发生，对吧？
如果过程中涉及的唯一天体是地球、太阳和彗星，那么这将是真的。彗星会沿着完全可预测的路径运行，脱落的物质会留在原地，直到地球每年抵达并领取其流星的份额。实际上，事情要复杂得多。太阳系不仅仅是地球和太阳——它是地球、太阳、月球、其他行星和它们的月球，以及任何数量的其他天体。反过来，所有这些天体都对彼此施加引力影响。
在这一切混乱之中，还有彗星本身，在它的椭圆轨道上摇摆不定，在虚空中留下其孤独的尘埃和冰的轨迹。要准确预测流星雨，我们需要计算碎片在哪里，这意味着要计算彗星的轨迹。要以完美的精度做到这一点，我们需要进行一次计算，该计算需要考虑大量天体的引力效应。
实际的三体问题
不幸的是，涉及两个以上天体的引力计算是一个问题。这意味着我们必须简化这些计算，将它们建模为比实际系统复杂得多的系统。
引力计算之所以如此困难，部分原因在于没有任何引力相互作用是单向的——任何大质量物体都会对其他所有大质量物体施加自身的引力影响。例如，想想地球和月球。我们倾向于认为后者绕前者运行，但这实际上并不 true。地球拉月球，但月球也拉地球，结果是两个物体围绕它们之间的某个点运行。这个点被称为质心。
[ 相关：科学家们终于解开了彗星为何发出绿光的谜团。]
太阳系也有一个质心，所有天体——包括太阳——都围绕它运行。在大多数情况下，我们假设太阳系的质心*是*太阳，原因很简单，太阳的质量比太阳系中的任何其他东西都要大很多个数量级。这意味着，如果我们计算一个天体的太阳轨道，考虑该天体对太阳的反作用引力影响，就像考虑从建筑物上掉落的一枚硬币对地球施加的引力影响一样没有意义。
太阳的微妙运动
然而，这项新研究表明，在处理彗星时做出这种假设会带来两个微妙的问题。第一个问题是，一个天体离太阳越远，它的轨道越倾向于围绕太阳系的质心运行。如果一个物体离太阳足够近，它确实只绕太阳运行。然而，离太阳较远的天体则围绕质心运行。
大多数天体通常与太阳保持相同的距离。然而，彗星则遵循高度偏心的轨道，将它们带到太阳系最远的区域。例如，哈雷彗星在最近距离时离太阳仅 5470 万英里。其远日点——离太阳最远的点——距离太阳 33 亿英里，就在冥王星附近。这些偏心轨道使彗星穿越一个过渡点——而《 Icarus 》论文表明，这种过渡会导致彗星轨迹发生类似颠簸的变化。
第二个问题是，假设太阳是太阳系的重心也意味着假设太阳本身是静止的。这意味着不能将太阳自身的运动纳入这些计算中。对于具有规则轨道的物体来说，这通常无关紧要，因为这些轨道只是随着太阳一起移动。同样，彗星的情况则不同：当太阳掠过彗星时，太阳的运动会提供引力助推，这同样会导致其轨迹发生可测量的偏移。
这项新研究表明，将这两个因素都纳入彗星轨道模型可以提供更准确的结果——因此，可以更准确地预测流星雨何时发生。这些仍然是简化模型，但它们提供了对我们下次何时会看到天空中闪烁的流星的见解——也提供了支配我们在宇宙中运动的引力复杂舞蹈的见解。
