前言 #

话说天上大势，合久必分，分久必合。6500 万年前，一次陨石撞击导致了恐龙的灭绝；100 多年前，发生在通古斯的神秘爆炸夷平了 2000 平方公里的森林；而差不多 10 年前，坠落在车里雅宾斯克的陨石也造成了几千人受伤。可见，小天体撞击地球的危险从古至今是真实存在的。

小行星是广受各国关注的危险源。得益于大量投入，我们对地球周围的小行星有了越来越深刻的认识。科学家发现了大量近地小行星，推算了它们的轨道。结果还算是乐观：未来几十年地球受到小行星撞击的概率不算大。原本认为几十年后会撞地球的小行星，比如著名的“阿波菲斯”，它撞击地球的可能性也逐渐被排除^[1]。

上面这些研究让大家暂时松了一口气，但还有一个概率更低但是更可怕的危险源——长周期彗星。彗星撞地球的可能性也不算大，但危险性比小行星更严重。因为可以通过巡天发现小行星，并预测到几十年后的撞击；但是撞击地球的彗星，因为彗星在远离太阳的时候无法观测到，导致被观测到的时候已经离地球很近了，可能只有一两年的预警时间，以现在的科技水平很可能来不及反应。

那有什么办法可以提前发现这些彗星呢？监测流星！彗星上一次回归的时候会在轨道上散落一些碎屑，这些碎屑在彗星轨道上与本体逐渐拉开距离，于是就会有一些碎屑提前一段时间撞上地球。从地球上看，就是出现了新的流星雨。这种不寻常的流星雨，就可以提供杀手彗星蛛丝马迹。

于是，在地球表面建立流星监测网，就可以捕捉这样的流星雨，从而发现杀手彗星，完成从世界末日中拯救全人类的壮举——这份荣耀既属于运行设备的科学家，也属于听信了这个故事的金主。

上面这些论证基本来自于我前几天看到的一篇论文^[2]。是的，我能想象到你现在皱着眉头将信将疑的表情，因为我当时也是这样。不过我得承认，这个故事的质量远超过我之前各种报告，所以接下来我打算经常给别人讲这个故事。

我从很早就开始对流星监控感兴趣。本科的时候我就在教学楼顶安装了一个流星摄像头，那时候跟大家一样使用 UFOCapture 这个软件，运行得很不错，中间还搞了流星雨直播和日常的慢直播。读研究生之后，机缘巧合，兜兜转转，又继续做流星了。

当年国内做流星监控的爱好者非常多，大家的设备基本都是 WATEC-902H 摄像头和它的变种，720×576 的分辨率。后面几年，逐步更换成网络摄像头。这些摄像头原本用于安保，但对弱光的敏感度很不错，事实上摄像头用到的 CMOS 芯片和更贵的天文 CMOS 相机是同款，画质有保障。最开始有人自己买裸板组装网络摄像头，后来海康威视等品牌的摄像头占领市场之后，大家的设备慢慢就转换成了这种。如今的网络摄像头的功能比之前丰富得多，但很可惜，有些功能在监控流星时会适得其反。

我刚来国家天文台的时候，向老师请教一些技术细节，当我把手上的数据发给老师看的时候，老师立刻就问我，天文领域用的文件格式是 fits，你发给我这个 avi 是怎么回事？原来，UFOCapture 保存的只是适合肉眼观看的视频，并不能保存各种天文工具需要的 fits 格式。专业的天文学家不喜欢 UFOCapture 这个软件，但他们对数据的渴求是无止境的，大家经常提到流星监测网可以做各种各样的研究，这是非常大的激励。

我尝试总结一下，对于爱好者来说，现在的流星监测技术栈还存在以下这些问题：

• UFOCapture 对摄像头的兼容依然不算好，网络摄像头需要用 rtsp-OBS 插件-UFO 这样的转接方式，这个过程也十分消耗 cpu 算力；
• 真正掌握 UFOAnalyzer 和 UFoOrbiter 对流星进行多站定轨的人还是很少，这两个软件汉化不完全、操作很复杂；
• 这就导致，收集全国的流星数据，对流星进行常态化的定轨，还是非常困难，积累的数据通常只是以视频形式分散在爱好者各自的电脑中。

另一方面，从科学研究的视角，也提出了这些问题：

• 现有的摄像头参数设置不正确，让流星视频“好看”的设置反而降低了数据质量；
• 文件格式无法兼容，avi 视频只能在 UFO 系列软件中使用，而不能导入天文学现有的工具链中进行深度处理；
• 时间精度没有得到足够的重视，定轨时也会造成很大的误差。

所以，我们不要忘记，UFOCapture 是一个将近 20 年前的软件，它的很多设计，已经无法适应现在的技术水平和天文学生态圈了。观察世界上其他流星监测网，最近几年规模比较大的网络，无一例外都是采用了自研的软件，有些甚至是开源的。所以开发一套适应时代的流星软件很有必要。

这就是我研究生期间大部分时间做的事情。与 UFO 类似，我的软件也分成三部分，对应流星观测中的三个步骤：观测，测量和定轨。我们的硬件采用天文 CMOS 相机，也兼容网络摄像头，从发现流星开始，到最后得到流星体轨道，都可以自动完成。在 2020 年和 2021 年的双子座流星雨期间，我们的几套设备拍到了上千颗流星，对流星轨迹的测量精度也达到了很高水平，可以精确到几十米。这些工作就构成了我正在写的一篇论文。

但做到这还远远不够。如果用论文画上句点，我写的软件，还是会成为下一个 UFO，这些东西会被束之高阁、最后无人问津。要把软件推广开，产生真正的科学数据，实现之前画所有的饼，还差最后一步。这一步是一大步。

在技术大佬的强悍加持下，流星监控软件不再是一个单独的软件，而是和云端的服务器形成一个有机整体，数据和指令可以自由流动。这一切，正是流星监测的核心——多站。实际这就是前几年比较时髦的 SaaS 架构。

• 所有的流星监测站都是一个远程天文台。不用在本地的电脑上设置，只需在手机和其他电脑上登陆网页，就可以远程控制流星相机观测。还可以把自己的设备授权给朋友互相管理。
• 主要面向天文 CMOS 相机，也兼容现在的网络摄像头。当然，我们希望大家使用更专业的设备，它们产生的数据质量更高。
• 有丰富的可视化工具，可以生成“增强现实”的流星视频，可以直接导出竖屏视频；还有流星照片叠加成全景图，就像这样。甚至还可以制作流星的3D 视频。
• 流星数据可以自动、实时地上传到服务器，与其他人的结果一起做多站定轨。这样，流星体的轨道、来源，还有未来预测陨石的落点，就都可以实现了。
• 不只是流星，其他有趣的现象，比如人造卫星、飞机，以及精灵闪电，都可以得到兼顾。

陨石这一点非常有意思：我们可以做到流星视频在流星消失之后 2 秒就开始处理，计算单站流星坐标需要大概 30 秒，上传到服务器后，多站定轨算出轨迹需要大概 10 秒，然后再推算陨石落点。总的来说，在流星消失之后 1 分钟左右的时间里，就有可能计算出陨石的落点！要知道这时候陨石可能还没落地呢。“预警”陨石也算是我们的一个努力方向。

在接下来的文章中，我会逐渐详细解释我对流星监控的思考，但愿写到最后，我们最后的产品就可以跟大家见面了。