是否想过为什么有些流星雨如此难以预测

“与普遍看法相反，太阳系中的一切并非都围绕太阳运行，”首席作者、SETI研究所科学家斯图尔特·皮洛兹表示。“实际上，太阳和行星都围绕它们的共同质心运行，科学家将其称为太阳系质心。”

太阳系质心便是传说中希腊神祇阿特拉斯用以平衡太阳与行星质量的那个指尖支点。所有行星都围绕此质心旋转，太阳亦然。

“通常在构建数值模型时，”皮洛兹解释道，“为方便起见我们将太阳置于中心，因为它是太阳系中质量最大的天体，这能简化相对论方程。”

团队发现，这种视角可能并非理解长周期彗星轨道演化物理过程的最佳方式。这些彗星运行的轨道周期超过200年。

“长周期彗星绝大部分时间远离太阳系，主要受质心引力牵引，”皮洛兹指出。“但每隔数百年，它们会突入木星轨道内侧，转而受太阳引力支配。”

接近太阳时，彗星会释放名为'流星体'的微粒。这些流星体随彗星运动，但部分流星体运行较短轨道提前返回，另有部分延迟返回，从而形成流星体流。初形成时，这些流极为稀薄，撞击地球概率很低。

“回溯1995年，我们领域尚处萌芽期，许多人认为预测这些流何时引发地球流星雨，其难度堪比气象预报，”流星天文学家、合著者、SETI研究所及美国宇航局艾姆斯研究中心的彼得·詹尼斯肯斯表示。

詹尼斯肯斯注意到，这些流随太阳绕太阳系质心的摆动而穿梭于地球轨道内外。他预测当木星和土星运行至轨道特定位置时，流星雨将重现。

“我们前往西班牙尝试记录其中一场流星雨，目睹了古籍所载'午夜星落'的景象，”詹尼斯肯斯描述道。“整场流星雨仅持续40分钟，但高峰期每分钟可见明亮流星。”

该预测基于太阳摆动主要反映木星和土星这两颗最大质量行星绕其运行的运动。摆动幅度微小，几乎未超出太阳本体，但足以使太阳位置和速度在12年（木星轨道周期）和30年（土星轨道周期）尺度上变化，大致形成60年模式。

“我们早先通过计算机模型证明，这些流确实会进出地球路径并跟随太阳摆动，”詹尼斯肯斯坦言，“但当时未知其成因。”

在这项新发表的研究中，詹尼斯肯斯联合皮洛兹探究长周期彗星流星体流如何随时间扩散，以期优化利用这些碎屑轨迹搜寻母彗星。

“本研究的关键成果，”皮洛兹强调，“在于认识到当我们追踪太阳绕质心的运动时，发现导致彗星及流星体扩散的主因是：它们在近距掠过运动的太阳时，各自获取引力助推或刹车效应——其原理与我们利用行星交会加速或减速航天器完全相同。”

这种引力助推或刹车效应常被类比为网球撞击行进列车车头或车尾的情景。

“但列车必须处于运动状态方可生效，”皮洛兹指出。“若将太阳视为固定中心，我们就无法洞察这一机制。”

研究者注意到，在木星轨道内侧，流星体从绕质心运动转变为绕太阳中心运动。

“我们发现运动平面的两次跃变：当彗星临近时太阳接管控制权，彗星远去时控制权交还质心——这两次跃变使轨道倾角与交点产生微小偏移，”皮洛兹阐释。“同样，若假定太阳固定居中，这种变化的缘由就不显明了。”

流中不同位置的流星体在不同时刻遭遇太阳，因此随时间推移获得不同助推力，导致流发生交织与扩散。这种随机性主要源于各流星体遭遇太阳时，太阳在绕质心轨道中所处的位置和速度。

“这正是观测视角的关键所在，”皮洛兹补充道。“我们惯于认为彗星运动因行星一系列复杂摄动而随机变化。此观点无误，但若记起太阳同样绕质心运行，解释就变得极为简洁。”

公允而言，行星决定太阳运动与其决定行星运动具有同等效力。然而，要理解长周期彗星流扩散速率，无需深究此舞蹈的细节。

“仍需考虑行星引力提供的系统力矩导致岁差，”皮洛兹说明。“这主要发生在流星体运行于木星与土星轨道之间时。”

基于实测流星雨扩散数据，团队计算出200余个长周期彗星流星体流的年龄，相关成果发布于詹尼斯肯斯新著《地球流星雨图集》——该书入选美国出版商协会2025年度PROSE图书奖决选名单。