论文标题:
The Birth of Radar Meteor Astronomy at Jodrell Bank: The Collaboration between Bernard Lovell and Manning Prentice
发表日期:
2026年08月
发表单位:
British Astronomical Association
原文链接: https://arxiv.org/pdf/2608.18790v1.pdf
洛弗尔和布莱克特对流星科学几乎一无所知。布莱克特开玩笑似地说：“赫洛夫森是气象学家，他一定懂流星！”尼古拉·赫洛夫森（1916-2004）是曼彻斯特的一位物理学家，战时从挪威逃出后做过气象工作，后来在天体物理领域声名鹊起，曾与阿尔文一起预言了银河系的同步辐射。赫洛夫森自己并不专攻流星，但他知道——当时流星研究的前沿主力根本不是职业天文学家，而是一批技术精湛的业余爱好者。图6：尼古拉·赫洛夫森（右）1952年在悉尼参加URSI大会，旁边是射电天文学先驱约翰·博尔顿（CSIRO射电天文学图像档案）于是，赫洛夫森联系了英国天文协会（BAA），秘书鲍威尔把普伦蒂斯介绍给了他。1946年6月2日，赫洛夫森与普伦蒂斯通了第一次电话。普伦蒂斯当时已经是英国当之无愧的目视流星观测权威，而他的“本职工作”是斯托马基特的一名律师。他的观测履历堪称传奇：1934年，在一次通宵流星观测的间隙，他发现了武仙座新星（后来命名为DQ Herculis）。赫洛夫森详细记录了普伦蒂斯关于流星观测的要点，其中一条值得所有做观测的人记住：可靠的流星观测需要大量训练——“一个观测者需要经过6到12个月的良好训练，才能做出可用于高度测定的观测”。普伦蒂斯不仅自己有本事，他手里还有一张覆盖全国的经验丰富的观测者网络。他提到乔治·阿尔科克、内维尔·古德曼、哈罗德·里德利和R.曼纳斯等人的名字。更重要的是，普伦蒂斯从一开始就敏锐地意识到雷达流星观测的巨大潜力，并且热情支持焦德雷尔班克的工作。他主动提议，派BAA流星部的观测者去焦德雷尔班克支持即将到来的1946年英仙座流星雨。到6月底，他已经安排好了包括阿尔科克、里德利、M. W. 奥文登、G. S. 霍金斯和J. D. P. 威廉姆斯在内的观测名单。图8：普伦蒂斯致赫洛夫森的信，详述1946年英仙座流星雨观测的初步安排（洛弗尔档案，曼彻斯特大学）洛弗尔还在担心设备能否按时准备好，普伦蒂斯却坚持这个机会太重要，不能错过。他的观测者因工作或学业能抽身的时间有限，但他向洛弗尔保证：“BAA观测者完全理解这项工作的实验性和不确定性”。1946年7月14日，布莱克特批准了观测者的差旅费，从他的研究预算中拨出最多60英镑。这封信是焦德雷尔班克流星计划发展中的重要里程碑。图9：布莱克特1946年7月14日致赫洛夫森的信，批准BAA观测者差旅费（曼彻斯特大学）这里要特别说一句：赫洛夫森在这场科学合作中起到了关键的“牵线人”作用，但长期以来很少被历史提及。没有他的牵线搭桥，洛弗尔和普伦蒂斯的合作可能根本不会发生。他后来也一直深度参与焦德雷尔班克的研究，1947年还和普伦蒂斯、洛弗尔、皮尔斯、波特一起合作发表了一篇重要的流星科学综述，每人各写了一部分：赫洛夫森负责流星烧蚀和电离柱理论，普伦蒂斯负责回顾目视观测的历史和既有知识。
书信中的科学史：档案揭示的合作细节与挑战
这篇论文最精彩的段落，来自对档案中书信细节的梳理。前面提到，洛弗尔在自传中绘声绘色地回忆普伦蒂斯在1946年英仙座流星雨期间开敞篷车来到焦德雷尔班克。但信件显示，那一年普伦蒂斯其实待在南沃尔德度假，陪他的男童军队伍。他选这个时间度假是故意的：8月12日正是满月，经验丰富的流星观测者都知道满月夜不适合做观测，所以英仙座极大期反而成了他休假的好时机。真正到达焦德雷尔班克参与观测的是两位年轻的BAA观测者：杰拉尔德·霍金斯（18岁）和迈克尔·奥文登（20岁）。其他人，包括阿尔科克、里德利、威廉姆斯，都没有出现在观测现场。档案和回忆录之间的这种出入，恰好说明了书信史料的价值——它能帮你纠正记忆的偏差。1946年8月12日，英仙座流星雨极大后的第二天，洛弗尔给普伦蒂斯写信汇报了雷达和目视观测的成果，随后又打了电话。这次观测很成功。普伦蒂斯几天后回信写道：“毫无疑问，你们那些持续超过0.25秒的回波与目视流星有关……”他还进一步推测，那些更短的回波很可能对应着目视观测极限以下的暗流星。这个判断对后来的研究至关重要。书信还确认了普伦蒂斯第一次访问焦德雷尔班克的时间：1946年9月7日至8日的周末。正是在这个时候，他和洛弗尔第一次见面，并着手规划那篇总结英仙座观测的论文。普伦蒂斯在观测经验上的积累，让他自然承担起论文结构设计的重任。洛弗尔看完他寄来的提纲后回信说：“我觉得你提出的提纲非常好。下一步由我来起草我们那部分内容……你这次来访之后，我的热情更加高涨了。”两个月后，论文《Radio Echo Observations of Meteors》在1947年1月8日投稿给《皇家天文学会月刊》。值得注意的是，普伦蒂斯是第一作者，洛弗尔和焦德雷尔班克团队成员班韦尔紧随其后。论文末尾标注的作者单位——"Meteor Section, British Astronomical Association"和"Physical Laboratories, University of Manchester"——本身就是职业与业余合作的宣言。论文还致谢了霍金斯和奥文登的目视观测贡献。接下来的重头戏是1946年10月9日的贾可比尼流星雨（也叫天龙座流星雨）。普伦蒂斯管它叫“我的流星雨”——他在1926年观测到它的爆发，并确认了它与21P/贾可比尼-津纳彗星有关。1933年又爆发过一次，1946年他预测会再度爆发，并兴奋地提醒洛弗尔，这可是验证雷达回波与流星相关性的绝佳机会。为了这次观测，焦德雷尔班克紧急安装了一台“探照灯天线”——利用退役的陆军探照灯底座，去掉反射器，保留坚固的经纬仪支架，用来支撑一组八木天线。这个天线可以瞄准天空中任意方向，既能对准流星雨辐射点，也能指向与之垂直的方向。图10：约翰·阿瑟顿·克莱格（洛弗尔旁边），摄于1951年；图11：探照灯天线，约1946年，背景中可见“帕克皇家”卡车（曼彻斯特大学）这里还有个有意思的小插曲。建造天线时差点因为缺木材而停工——战后英国木材还是配给制，想买够支撑天线的木材几乎不可能。洛弗尔后来回忆说，焦德雷尔的园丁们“指点我们去了邻村一座伊丽莎白时代的水磨坊”。磨坊主听说了焦德雷尔班克的工作后，慷慨地提供了木材，而且从未寄来过账单。从档案证据看，这座磨坊几乎可以确定就是距离焦德雷尔班克约一公里的皮奥弗苏必利尔的贝特磨坊。图12：焦德雷尔班克附近的皮奥弗苏必利尔贝特磨坊，摄于2026年6月；图13：2025年的探照灯天线基座（杰里米·希尔斯）贾可比尼流星雨的观测结果堪称完美。流星雨爆发期间，目视和雷达的流星速率都短暂达到了每小时约10000颗。关键实验发生在极大期前后：当探照灯天线对准辐射点时，雷达回波数量急剧下降；把天线旋转90度后，回波速率立刻恢复。这个实验清楚地证明，雷达探测到的是流星电离气体柱的镜面反射，而不是流星体本身。可转向的天线还让研究团队精确测定了流星雨辐射点的位置，并追踪它在天空中的移动。普伦蒂斯虽然这次也没去焦德雷尔班克，而是在萨福克家中观测，但他深度参与了结果解读。后续论文《Radio echo observations of the Giacobinids meteors, 1946》就是由普伦蒂斯代为转交给《月刊》的，他还给洛弗尔的分析提供了建议。1946年12月13日，两人在伦敦的皇家天文学会会议上联合报告了贾可比尼流星雨的观测结果，引发了热烈讨论。会长普拉斯基特教授总结道：报告人“向我们展示了一个全新的天文学研究领域”。对于洛弗尔来说，这场会议是职业生涯的转折点：“周五下午会议开始时，我们还是天文学家眼中的陌生人，是混入特权集会的异类。当我们放出幻灯片时，气氛变了……会议结束时，我们已经成了天文学界的一部分。”合作还在继续深化。1946年11月，普伦蒂斯在焦德雷尔班克观测了狮子座流星雨。1946-47年冬天，英国遭遇了创纪录的“大寒潮”，1月底开始持续暴雪，埃塞克斯最低气温降到零下21摄氏度，某些地方的积雪深达7米。普伦蒂斯在1947年2月25日给洛弗尔的信里提到，儿子迈克尔出生时，医生因为道路被大雪封住，只能步行“两到两英里半”赶到他家接生。就是在这样的天气里，洛弗尔注意到普伦蒂斯穿着飞行服来观测。他写道：“那年冬天，我们终于明白了他为什么穿飞行服。12月中旬的双子座流星雨期间，凌晨四点在积雪覆盖的田野上摆一把躺椅，是对一个人观测能力的严峻考验。”1947年3月，两人还联手在曼彻斯特组织了一次流星科学和雷达课程，赫洛夫森和BAA计算部主任波特也参与了授课。后来几年，主要的年度流星雨持续被观测。1947年5月观测宝瓶座η流星雨时，焦德雷尔班克团队在一个清晨天亮后没有关闭雷达，意外发现流星活动一直持续到白天——洛弗尔就这样无意中发现了“白天流星雨”现象，又开辟了一个新的研究方向。普伦蒂斯后来惋惜地写道：“可惜那时我没能去焦德雷尔班克，我对它的一切了解都来自洛弗尔教授寄来的一叠明信片。”1948年11月，他还发了一封电报提醒洛弗尔可能出现的比拉流星雨爆发，这次事件被成功观测，相关论文发表在《BAA杂志》上。图14：普伦蒂斯1948年11月发给洛弗尔的电报，提醒可能出现的比拉流星雨（曼彻斯特大学）。电文：“尽管概率不大，仍建议11月12日和13日保持比拉巡逻观测。夜晚观测效果最佳。”档案还揭示了另一个科学争论的细节：星际流星是否存在。当时学界普遍认为流星雨与彗星碎片有关，轨道是椭圆的，但对偶发流星存在争议。爱沙尼亚天文学家奥皮克在1940年分析目视观测数据后提出，大约60%的流星具有双曲线轨道，也就是来自太阳系之外。波特则针锋相对，认为大多数看似双曲线的轨道其实是观测误差和数学错误造成的假象。1948年9月7-8日，一场在曼彻斯特大学举行的流星会议上，奥皮克和波特爆发了激烈的争吵。当时在场的哈佛天文学家惠普尔建议，用洛弗尔的雷达设备来一锤定音：精确测量偶发流星的速度，如果能超过42.2 km/s（相对太阳的逃逸速度），就能确认双曲线轨道。洛弗尔接下挑战，改造雷达系统，花了三年时间测量了1095颗偶发流星的速度，结果没有一颗超过42.2 km/s。奥皮克直到1969年才最终认输。
[1] Shears, J. The Birth of Radar Meteor Astronomy at Jodrell Bank: The Collaboration between Bernard Lovell and Manning Prentice. arXiv:2608.18790, 2026.[2] Lovell, B. Astronomer by Chance. London: Macmillan, 1990.[3] Blackett, P. M. S., & Lovell, A. C. B. Radio echoes and cosmic ray showers. Proceedings of the Royal Society A, 1940.[4] Prentice, J. P. M., Lovell, A. C. B., & Banwell, C. J. Radio Echo Observations of Meteors. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 1947.[5] Porter, J. G. The Study of Meteor Velocities. BAA Presidential Address, 1949.[6] Lovell, A. C. B., et al. Radio echo observations of the Giacobinids meteors, 1946. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 1946.
