流星為什麼在午夜過後比較多？
― 黎明的天空，是地球前進時的「前窗」
流星雨的新聞總是說「建議午夜過後到黎明觀測」。這不是要讓你熬夜。過了午夜，你所在的位置會轉向地球在宇宙中衝刺的「前進方向」。
10 月下旬，獵戶座流星雨那天。晚上 9 點你走到陽台，抬頭看了 30 分鐘，一顆流星也沒看到。
沒想到隔天清晨 4 點左右起床的家人說：「我看到 3 顆喔。」同樣的天空、同樣的流星雨，只是時間不同而已。
是你運氣不好嗎？其實不是。傍晚到入夜的早些時候和黎明時，天空的「方向」本身就不一樣。
黎明看到比較多，有兩個原因
地球以每秒約 30 公里的速度繞著太陽前進。黎明的天空朝向這個前進方向，所以會正面撞上宇宙中的碎屑。
流星雨的流星看起來像是從星座中的某一點向外飛出。這一點還靠近地平線時，大多數流星都會被地面擋住。
第一個原因，即使不是流星雨，平常的夜晚也一直在發揮作用。第二個原因，則是每個流星雨各自固定的時間因素。我們依序來看。
就像雨天開車：前窗會撞上很多雨滴
在雨中開車時，前窗會打到很多雨滴，後窗幾乎沒有。因為車子正朝著雨滴前進。
宇宙空間裡漂浮著無數像沙粒一樣的小碎屑。地球就以每秒約 30 公里的速度在其中衝刺。對地球來說，「前窗」在哪裡呢？
請看圖 1。地球同時也在自轉。結果，正對地球前進方向的，剛好是清晨 6 點左右的地方。過了午夜，你頭頂上的天空，會漸漸轉向「前窗」。
撞上前窗的碎屑，不只是數量多。地球的速度會疊加上去，所以撞擊速度也更大。撞得越快，光就越亮，連暗淡的流星也更容易被看見。據說黎明天空的流星數量，是傍晚天空的 2 倍以上。
流星的「噴出口」，會在天空中升高
流星雨是地球闖進彗星等天體沿軌道留下的碎屑帶，才會發生。碎屑都從相同方向平行飛來，所以看起來像是從天空中的一點向四面八方飛出。這一點稱為「放射點」。
這就像鐵軌看起來會在遠方聚成一點，是一種視覺上的效果。放射點會跟著星座一起，從東邊升起、向西邊落下。
請用圖 2 的滑桿，改變放射點的高度。放射點貼近地平線時，將近一半的流星是朝地面下方飛去，看不見。放射點升得越高，流星就散布到整片天空，看到的數量也越多。
獵戶座流星雨的放射點在獵戶座附近。在日本，大約晚上 10 點從東邊升起，黎明時升到最高。第一個原因「前窗」和第二個原因「放射點高度」，都在黎明時站在你這一邊。
12 月的雙子座流星雨，放射點在晚上 8 點左右就已經升到東邊天空。因此據說從夜晚較早的時間就能看得很清楚。訣竅是先確認各個流星雨放射點升起的時間。
總結
黎明的天空是地球在宇宙中前進時的「前窗」。正面撞上碎屑，所以數量多；撞得快，所以光更亮。此外在流星雨中，流星冒出的放射點，會隨著夜越深升得越高。
流星不是用等的，而是要去迎接。
黎明的地球，正一頭栽進碎屑的雨中。
關於流星本身只有沙粒大小的故事，可以讀「流星有多大？」；人們長期不相信石頭會從天上掉下來的歷史，可以讀「隕石的文章」。
- 在流星雨的那天，選一個路燈少又安全的地方。孩子一定要和大人一起去，並穿暖和一點。
- 晚上 9 點左右和清晨 4 點左右，各花 15 分鐘廣闊地仰望天空，數看到的流星數量。眼睛適應黑暗之前，最初的幾分鐘先不要數。
- 伸出手，沿著流星飛行的方向往回延伸。追溯幾條之後，應該會發現它們看起來都像是從同一點出發。
月光明亮或多雲的夜晚，數量會大幅減少。數量有起伏是很自然的，請多試幾次再比較。
想知道更多的人 ― 術語・算式・與課本的關聯明確標示從國中理化到大學專業課程，各是哪個程度的內容
- 國中國中理化學到的範圍
- 高中高中「基礎物理」「地球科學」學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或課本專欄的內容
- 大學高中不會學到、大學專業課程（天文學・行星科學）的內容
- 研究連大學也不會當作「定論」教，目前研究者正在探究的話題
國中術語：這個現象有名字
- 流星雨：地球穿過彗星等天體沿軌道留下的碎屑帶時，每年大約同一時期流星會增加的現象。
- 放射點（輻射點）：流星雨的流星看起來像是從那裡飛出的天空一點。是平行飛行的碎屑因透視而看起來聚在一點。
- 向點：天空中對應地球公轉前進方向的那一點。在當地時間清晨 6 點左右，會經過南方天空的高處。
- 天頂每時出現數（ZHR）：放射點在正上方、晴朗暗空下，一個人一小時能看到的流星數。是比較流星雨「強度」的標準。
國中高中用算式確認：一小時能看到幾顆
獵戶座流星雨的天頂每時出現數，約為 20。我們用算式算出放射點高度不同時，看到的數量如何改變。同時也計算前窗和後窗的撞擊速度差多少。
| 用符號寫 | N ＝ ZHR × sin h （撞擊速度 v ＝ u ± V） |
| 用文字寫 | 一小時可見數 ＝ 天頂每時出現數 × 放射點高度的正弦（sin）。撞擊速度 ＝ 碎屑速度 ± 地球速度 |
| 這個式子從哪來 | 和斜著下的雨，落在水平地面單位面積上的量會減少一樣，是「斜向入射」的想法。速度的部分是相對速度的想法：相向就相加，同向就相減。 |
| 符號的意思 | N：一小時可見數，ZHR：天頂每時出現數，h：放射點高度（度） |
| 獵戶座流星雨的天頂每時出現數 | 約 20 顆／小時 |
| 放射點高度 30 度的正弦 | 0.5 |
| 放射點高度 70 度的正弦（東京附近的最高位置） | 約 0.94 |
| 地球公轉速度 V | 每秒約 30 km |
| 在地球位置上，能留在太陽系內的最大速度 u | 每秒約 42 km |
| 放射點在 30 度時 | 20 × 0.5 ＝ 10 顆／小時 |
| 放射點在 70 度時（黎明） | 20 × 0.94 ＝ 18.8 顆／小時 |
| 黎明是 30 度時的幾倍 | 18.8 ÷ 10 ≒ 1.9 倍 |
| 前窗，正面撞上的最大速度 | 42 ＋ 30 ＝ 72 km／秒 |
| 後窗，追上來的最小速度 | 42 － 30 ＝ 12 km／秒 |
| 速度比 | 72 ÷ 12 ＝ 6 倍 |
| 動能與速度的平方成正比，所以 | 6 × 6 ＝ 36 倍 |
即使是同樣大小的碎屑，衝進前窗的，轉換成光和熱的能量最多是後窗的 36 倍。實際上因為會被地球引力稍微加速，最慢的流星也有每秒 11 km 左右，流星的速度大致落在每秒 11～72 km 的範圍內。獵戶座流星雨約每秒 66 km，是特別快的流星雨。
高中高中＋速度的加法與透視
高中這正是基礎物理學到的「相對速度」。從地球看到的碎屑速度，是碎屑速度減去地球速度（包含方向的向量減法）。動能用質量×速度的平方÷2表示，所以速度的差距會大大反映在亮度的差距上。
高中＋放射點和平行直線在遠方看起來聚成一點的「消失點」，是同樣的視覺效果。放射點的位置，也包含了地球公轉造成的方向偏移。因此同一個流星雨，每年大致都出現在同一個星座裡。
大學天頂每時出現數的修正與母天體
從觀測到的數量算出天頂每時出現數（ZHR）時，除了放射點的高度，還要修正當晚肉眼能看到的最暗星等（極限星等），以及被雲遮住的比例。獵戶座流星雨和 5 月的寶瓶座η流星雨，母天體都被認為是哈雷彗星留下的碎屑。地球每年會兩次穿過哈雷彗星軌道附近。不屬於任何流星雨的「散在流星」在黎明較多，則可以和地球的向點方向連結起來解釋。
📖 算式的推導與更進一步的內容：維基百科「天頂出現數」 ／ 維基百科「流星群」
研究目前還不太清楚的事
- 突發性大爆發的預報 計算母天體彗星每次回歸留下的碎屑流（塵埃軌跡），預報某一年流星突然增加的時刻，這類研究正在進展。命中的例子變多了，但要精準預測數量，據說仍然很困難。
- 散在流星的「來源」 已知不屬於任何流星雨的流星，也會從天空中的幾個方向來得比較多。這些碎屑各自來自哪個彗星或小行星，仍在研究當中。
- 暗淡流星的計數方式 肉眼看不見的暗淡流星，是用雷達和高靈敏度相機來計數。目視的天頂每時出現數，與機器計數的數量該如何銜接，至今仍有討論。
也就是說，這篇文章的內容也只是「目前已知範圍內的說明」。流星雨的數量每年變化很大，這裡的數字請當作參考。
與課本的關聯（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 這篇文章的哪裡 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・地球與宇宙（地球的自轉與公轉） | 黎明的天空朝向地球的前進方向 |
| 高中 | 基礎物理・相對速度，地球科學・太陽系的小天體 | 撞擊速度的加法與減法 |
| 高中＋ | 透視與消失點、動能 | 放射點看起來是一點的原因、亮度的差異 |
| 大學 | 天文學・行星科學（流星天文學） | 天頂每時出現數的修正、母天體、向點 |
| 研究 | 塵埃軌跡的計算、散在流星的起源 | 大爆發的預報、暗淡流星的觀測 |
| ― | 與生活的關聯 | 如何選擇去看流星雨的時間 |
- 國立天文台 編《理科年表》丸善出版（流星雨一覽）(国立天文台『理科年表』)
- 國立天文台「星空資訊」（各流星雨的解說）(国立天文台「ほしぞら情報」)
- International Meteor Organization, "Meteor Shower Calendar"
- 維基百科「天頂出現數」(ウィキペディア「天頂出現数」)
- 長沢工《流星與流星雨》地人書館 (長沢工『流星と流星群』地人書館)
※本文是給一般讀者的科學解說。所列數值是為了理解原理的參考值與概算。夜間觀測請在腳下安全的地方進行，孩子請與大人一起。