流星はどうして光るのか

三つの名前、ひとつの石

宇宙を漂っているときは流星物質、大気に突入して空に描く光の筋が流星、旅を生き延びて地面に落ちた残骸が隕石です。

真ん中は誤解されやすいところです。流星は物ではなく現象で、見えている光は石が輝いているわけではありません。そのとき石はたいてい砂粒ほどで、100km先から肉眼で見えるはずがない。あの光は石よりずっと大きいのです。

「摩擦」は熱源を取り違えている

流星の多くは高度80〜120kmで光ります。そこの大気密度は海面のおよそ100万分の1で、実験室の基準でいえば真空です。真空同然の場所で、砂粒一粒が通り一本を照らすほど明るくなります。

摩擦説の問題は空気が足りるかどうかではありません。熱が表面で擦れて生まれると思わせてしまう点にあります。あなたの部屋の空気分子も平均秒速500mで動いていて、旅客機より速い。それでも何も起きないのは、1個1個が軽すぎ、相対速度がゼロだからです。

流星物質には相対速度があり、しかも桁違いです。秒速数十kmで突き抜けるということは、空気分子1個1個がその速度でぶつかってくるということ。エネルギーは速度の2乗で効くので、速度が100倍違えば分子1個の持つエネルギーは1万倍違います。その勢いで打たれた表面の原子は、押しのけられるどころか離れていきます。

熱はこうして生まれます。流星物質が運動エネルギーをぶつかる分子に渡し、その分子が熱を表面へ返す。空気が薄いとその頻度が下がるだけで、1発の勢いは変わりません。

光っているのは石ではない

表面が約2000度を超えると、物質は固体から直接気体になります。これがアブレーションで、燃焼とは関係がありません。その高度に燃やす酸素はほとんどなく、石は気化させられています。

剥ぎ取られるのは中の金属原子、ナトリウム・マグネシウム・鉄・カルシウムです。それらが高速で周囲の空気に突っ込み、電子が叩き上げられて戻るときに特定の波長の光を出します。私たちが見ているのはこの金属蒸気と励起された空気です。

流星に色があり、その色が元素に対応するのはそのためです。ナトリウムは黄、マグネシウムは青緑、鉄は黄、カルシウムは紫、大気の酸素は緑。速い流星はしばしば痕を空に残します。プラズマが再結合する残光です。

火球と、空中で砕ける理由

金星より明るい流星を火球と呼びます。大きなものはたいてい空中で分裂します。落ちるにつれ前後の圧力差が増す一方、小惑星の破片の多くは亀裂を抱えていて中実ではない。亀裂が押し広げられ、母天体は砕け、総表面積が跳ね上がり、残りのエネルギーがごく短時間に放出されます。爆発のように見えます。

2013年のチェリャビンスクの天体は直径約20mで、高度30km付近で分裂しました。クレーターはまったく残らず、負傷は衝撃波が割った窓ガラスによるものでした。空中爆発と衝突の違いはここにあり、エネルギーは空中で出しきられています。

火球を見たら記録する価値があります。時刻、現れて消えた方位と高度、明るさを何と比べるか、痕が残ったか、音が聞こえたか。これらが揃って初めて軌道と落下地点を逆算できます。

なぜ夜半過ぎに多いのか

地球は秒速およそ30kmで公転し、自転があなたをその周りで運びます。明け方の側は地球が進む方向を正面に向けていて、いわばフロントガラス。夕方の側はリアウィンドウです。

フロントガラスの側では、正面から来るものが見えるうえ、本来は遅くて追いつけない流星物質にも地球のほうが追いついてしまいます。だから夜の後半は流星が目に見えて多く、平均して速くもなります。

流星群の名前は放射点のある星座から取るので、放射点がペルセウス座にあればペルセウス座流星群です。その放射点自体は遠近法によるもので、軌跡はもともと平行、空に投影して初めて一点で交わります。線路が遠くで合わさって見えるのと同じです。