Radianty (I)

Co to jest radiant?

Ciała meteorowe tworzące strumień meteorów poruszają się w przestrzeni po torach w przybliżeniu równoległych, a wchodząc w atmosferę Ziemi wywołują zjawisko roju meteorów, których tory są także do siebie równoległe. Zgodnie z zasadą perspektywy ziemskiemu obserwatorowi wydaje się, że tory te zbiegają się w jednym punkcie tak jak pozornie schodzą się na horyzoncie tory kolejowe w rzeczywistości przecież równoległe do siebie. Radiant — to miejsce na sferze niebieskiej, w którym przecinają się obserwowane drogi meteorów tworzących rój. Punkt radiantu jest więc dla nas abstrakcją — nie ma bowiem w przestrzeni takiego punktu, z którego „startują” ciała meteorowe, tak jak nie ma na Ziemi miejsca, gdzie stykają się ze sobą dwie równoległe szyny kolejowe. Ten abstrakcyjny punkt, który, zdawać by się mogło, ma dla nas wartość ulotną, niesie jednak bardzo wiele informacji o „wylatujących z niego” meteorach. Tor po jakim porusza się ciało meteorowe w przestrzeni wskazuje bowiem kierunek wektora prędkości danego meteoru tak, jak punkt na horyzoncie, w którym „stykają się” ze sobą szyny wskazuje kierunek, w którym pojedzie po tych szynach pociąg.

Radiantem nazywamy więc punkt na sferze niebieskiej, w którym wektor prędkości meteoru przecina sferę. Wszystkie meteory roju, przy założeniu, że ich tory są równoległe do siebie, będą miały ten sam radiant, który można wyznaczyć rejestrując kilka meteorów danego roju. Radiant roju jest więc miejscem, w którym przecinają się wektory prędkości meteorów roju. Ponieważ tory ciał meteorowych w przestrzeni nie są dokładnie równoległe do siebie — wektory prędkości roju nie przecinają się dokładnie w jednym punkcie, ale na obszarze tworzącym małą elipsę, której orientacja jest zależna od przyczyn powodujących nierównoległość trajektorii ciał meteorowych. Rozmiary elipsy radiacji wynoszą najczęściej kilka minut kwadratowych, choć w szczególnych przypadkach mogą osiągać nawet setki stopni kwadratowych (!). Przykładem tak niezwykle rozległej elipsy radiacji jest obszar, z którego „promieniują” Perseidy: jego powierzchnia wynosi około 100 stopni kwadratowych.

Zdefiniowanie radiantu jako punktu przecięcia się wektora prędkości meteoru ze sferą niebieską pozwala zrozumieć, że radiant ma nie tylko rój meteorów, ale każdy, pojedynczy nawet meteor. Jednocześnie wynika stąd wniosek, że w nieco inny sposób wyznaczamy radianty pojedynczych meteorów i w inny rojów.

Radiant roju można łatwo wyznaczyć z obserwacji meteorów roju. Najprostsza metoda — tzw. graficzna — polega na naniesieniu na mapkę w projekcji gnomonicznej czyli centralnej (np. mapka Pacholczyka)1 zaobserwowanych meteorów roju i przedłużeniu ich torów aż do przecięcia się ze sobą. (Projekcja centralna polega na takim odwzorowaniu nieba na papierze, że koła wielkie — południki sfery — są przedstawione jako odcinki prostych. W takiej projekcji również tor meteoru, który pod działaniem przyciągania Ziemi i oporu powietrza staje się zakrzywiony i zbliżony do łuku koła wielkiego, możemy przedstawić jako prostoliniowy.)

Wszystkie meteory roju mają ten sam radiant. Ponieważ sfera niebieska jest kulą o dowolnym promieniu i nie znamy wysokości rozbłysku meteoru — przedłużając tor pojedynczego meteoru nie można określić punktu przecięcia się jego ze sferą. Dwa i więcej meteorów pozwalają nam już taki punkt znaleźć. W praktyce przyjmuje się, że mamy do czynienia z rojem, gdy: 1) więcej jak cztery meteory z jednej nocy przecinają się wewnątrz koła o średnicy dwóch stopni lub 2) trzy meteory z jednej nocy i co najmniej dwa z następnej przecinają się wewnątrz koła o średnicy dwóch stopni. Założenie takie ma na celu wyeliminowanie przypadkowych radiantów, rodzących się z błędów obserwacji.

Wyznaczając radiant roju obserwujemy więc wiele meteorów roju z jednego punktu obserwacyjego. Oglądamy więc jak gdyby radiant „z perspektywy” poszczególnych meteorów, co pozwala usytuować go na niebie. Inaczej ma się sprawa z obserwacjami pojedynczych meteorów. Mając jedną tylko obserwację jednego kierunku przelotu meteoru nie możemy umiejscowić go na niebie. Można by powiedzieć, że brak nam… perspektywicznego spojrzenia na radiant. Możemy je uzyskać obserwując ten sam meteor z dwóch różnych punktów na Ziemi. Są to tzw. obserwacje bazowe. Z punktów A i B bazy ten sam meteor jest widoczny na tle innych gwiazd, choć wiadomo, że kierunek ku radiantowi musi być identyczny. Im niżej nad ziemią rozbłyskuje meteor tym bardziej różnią się jego położenia na niebie zarejestrowane w punktach A i B. Takie „stereoskopowe” spojrzenie na radiant pozwala wyznaczyć jego położenie na sferze. Najprostsze postępowanie wiodące do tego celu polega na tym, że na mapkę w projekcji gnomonicznej nanosi się obydwa tory tego samego meteoru zarejestrowane w punktach A i B bazy. Przedłużając narysowane dwa przeloty meteoru do przecięcia się ze sobą otrzymujemy punkt radiantu. (Opis wyznaczania radiantu z obserwacji amatorskich znajdzie Czytelnik w Instrukcji dla obserwatorów meteorów, H. Korpikiewicz, wyd. II, 1985, PTMA.)

Zjawisko radiacji meteorów zostało odkryte podczas deszczu gwiazd spadających w nocy 11/12 listopada 1833 roku. Zaobserwowano wtedy, że meteory wybiegają jak gdyby z jednego punktu na niebie znajdującego się w gwiazdozbiorze Lwa. Zjawisko promieniowania meteorów z jednego punktu wskazywało, że z atmosferą Ziemi zderza się strumień ciał meteorowych poruszających się po równoległych do siebie torach. Nazwano je Leonidami od nazwy gwiazdozbioru, w którym znajduje się ich radiant (łac. Leo — Lew).

Drugi radiant — strumienia Perseid — odkryto w 1834 roku, kolejny — Liryd — w 1838 roku. Punkt, z którego wybiegają meteory nazywano z początku „promieniującym punktem”, —centrum promieniowania i „punktem zbieżności”. W latach siedemdziesiątych XIX w. przyjęło się określenie „radiant” jako skrót od ang.: radiant point (punkt promieniowania).

W krótkim czasie posypały się odkrycia następnych radiantów. Sam Giovanni Schiaparelli, znany przede wszystkim jako „odkrywca” kanałów na Marsie, był wytrwałym badaczem rojów meteorowych i na podstawie przeszło 7 000 przelotów wyznaczył 189 radiantów rojów.

Znając radiant — czyli kierunek wektora prędkości meteoru oraz wartość tej prędkości — można już było obliczyć orbity kosmicznych przybyszy rozbłyskujących w naszej atmosferze. W wyniku rachunków otrzymywano głównie orbity paraboliczne, co stało się przyczyną poglądu, jakoby ciała meteorowe przybywały do Słońca spoza Układu Słonecznego. Dziś wiemy, że orbity ciał meteorowych są wyłącznie lub prawie wyłącznie elipsami (dyskutuje się możliwość istnienia meteorów pozaukładowych). Przyczyną otrzymywania orbit otwartych w ubiegłowiecznych obliczeniach była zła ocena wartości prędkości obserwowanego meteoru.

Z początku radianty uważane były za punkty, które nie zmieniają swego położenia na niebie. Rejestrowano bowiem przeloty meteorów danego roju w ciągu kilku nocy i z tych obserwacji wyznaczano średni radiant. Jednak już w 1873 roku zaobserwowano, że jeśli znajdować radiant z obserwacji wykonanych każdej nocy oddzielnie, to punkt radiantu zacznie przemieszczać się na niebie. Ruch radiantu jest powodowany zarówno pozornym przesuwaniem się radiantu na tle gwiazd wynikającym ze zmiennych warunków obserwacji, jak również rzeczywistymi zmianami położenia spowodowanymi strukturą strumienia meteorów.

Odkrycie strumieni meteorów pozwoliło wysunąć przypuszczenie, że są one szczątkami materii kometarnej. Szczególne zasługi położył tu Schiaparelli, który zapoczątkował badanie związków kosmogonicznych pomiędzy rojami meteorów a kometami. Jeżeli założyć, że każda kometa rozsypuje się z czasem na strumień meteorów, to na podstawie danych parametrów orbity znanych komet można obliczać radianty tych hipotetycznych strumieni, które powstały bądź tworzą się ze znanych nam komet. Są to radianty kometarne. Prędko okazało się, że takie założenie było prawdziwe. Obserwacje nieba w rejonie wyznaczonego radiantu kometarnego pozwoliły na odkrycie wielu nieznanych dotąd strumieni. Okazało się przy tym, że czasami z jednej komety pochodzi więcej niż jeden strumień meteorów.

Ogromna liczba odkrywanych radiantów wymagała skatalogowania. Powstawały katalogi radiantów. Jednym z pierwszych i największych był katalog W. Denninga (General Catalogue of the Radiant Points, Mem. RAS 53, 1899) zawierający 4367 punktów radiantów. Obecnie w różnych katalogach zerejestrowanych jest około 15 000 różnych radiantów meteorów. Mniej więcej połowę stanowią radianty sporadyczne, pozostałe należą do przeszło 800 strumieni meteorów. Bowiem poszczególne strumienie mają zazwyczaj więcej niż jeden radiant. Samym np. Perseidom wyznaczono już około tysiąca różnych radiantów! Radianty podawane w wydawnictwach popularnych lub instrukcjach dla obserwatorów są zawsze radiantami średnimi.

Tak duża liczba wyznaczonych radiantów była przyczyną wprowadzenia dokładniejszego określenia położenia radiantu w jego nazwie. Nie wystarczyło już, jak na początku, tworzyć nazwy strumieni od nazwy gwiazdozbiorów, zawierających radiant, gdyż w każdym gwiadozbiorze znajduje się najczęściej kilka radiantów. Wprowadzono więc zasadę, że nazwa radiantu pochodzi od najbliższej jasnej gwiazdy danego gwiazdozbioru. W ten sposób powstały η–Akwarydy, α–Kaprikornidy, χ–Cygnidy itd. Niektóre, wcześniej odkryte strumienie zachowały swe dawne nazwy — Perseidy, Geminidy, Cefeidy (przez C — duże, gdyż cefeida przez c — małe oznacza pewien typ gwiazdy zmiennej!) itd., do nazwy niektórych dodano liczbę określającą miesiąc aktywności — np. Bootydy III, Bootydy VI itd.

Uważny Czytelnik, który dotarł do tego miejsca artykułu, zauważył z pewnością, że często posługuję się pojęciem „strumień” meteorów tam, gdzie powszechnie używa się określenia „rój”. Nie jest to przypadkowe. Staram się używać pojęć: „strumień” i „rój” zgodnie z ich pierwotnym znaczeniem. Strumieniem meteorów, lub jeszcze ściślej — strumieniem ciał meteorowych nazwano grupę ciał kosmicznych poruszających się w przestrzeni po torach, które są w przybliżeniu do siebie równoległe. Natomiast rój meteorów — to zjawisko „gwiazd spadających” wywołane wtargnięciem materii strumienia meteorów w ziemską atmosferę. Ostatnio zauważyć można tendencję do zamiennego używania określeń „rój” i „strumień” rodzącą się najczęściej z nierozróżniania obydwu terminów. Mogą istnieć i z pewnością istnieje wiele strumieni meteorów, poruszających się po orbitach nieprzecinających się z orbitą Ziemi, a więc takich, które nigdy nie wywołają zjawiska meteorów. Mówienie o takich strumieniach „roje” jest nieporozumieniem. Wydaje się więc istotne, aby odróżniać strumienie od rojów i odpowiednio je nazywać.

Kształt strumienia meteorów zależy od rozmieszczenia ciał meteorowych na orbicie. Można przypuszczać, że jest on zbliżony do torusa — obłego pierścienia, w którym występują jednak zgrubienia i odgałęzienia. Gdy Ziemia zderza się ze zgrubieniem strumienia — obserwujemy tzw. silne maksimum: w okresie, który nazywamy maksimum aktywności, pojawia się znacznie więcej meteorów niż w innych latach. Również długość okresu aktywności roju, czyli czas w którym promieniują meteory danego roju, zależy od grubości strumienia w tym miejscu, w którym Ziemia przez niego przechodzi. Jeśli jest to akurat zgrubienie pierścienia — czas aktywności roju będzie dłuższy, a liczba meteorów większa.

Różna grubość strumienia powoduje, że radiant roju przemieszcza się na tle gwiazd. Mogą również pojawić się radianty poboczne wywołane bocznymi odgałęzieniami głównego strumienia meteorów. Takie przemieszczenia radiantu nazywamy czasami własnymi lub rzeczywistymi w odróżnieniu od ruchów radiantu wynikających z warunków obserwacji, obejmowanych nazwą poprawek radiantu.

Do obliczania dokładnej efemerydy roju meteorów potrzebna jest więc znajomość: poprawek radiantu oraz struktury strumienia meteorów. W stosunkowo prosty sposób można uwzględnić poprawki wynikające z warunków obserwacji, natomiast znacznie trudniejsze jest uwzględnienie budowy strumienia jako zbyt mało jeszcze poznanej.