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第11章 彗星

彗星,俗称扫帚星,“彗”字即扫帚之意。外文中的彗星“comet”一词来自希腊文,意思是有“尾巴”或“毛发”的星。天文学中形象地以符号代表彗星。古代人偶然看到形貌奇怪的彗星出现,感到恐惧,看作灾祸的征兆,其实彗星出现只是一种自然现象,天文观测研究逐步揭开了彗星之谜。

彗星的起源是个未解之谜。有人提出,在太阳系外围有一个特大彗星区,那里约有1000亿颗彗星,叫奥尔特云,由于受到其他恒星引力的影响,一部分彗星进入太阳系内部,又由于木星的影响,一部分彗星逃出太阳系,另一些被“捕获”成为短周期彗星;也有人认为彗星是在木星或其他行星附近形成的;还有人认为彗星是在太阳系的边远地区形成的;甚至有人认为彗星是太阳系外的来客。

Hyakutake彗星

公元1066年,诺曼人入侵英国前夕,正逢哈雷彗星回归。当时,人们怀有复杂的心情,注视着夜空中这颗拖着长尾巴的古怪天体,认为是上帝给予的一种战争警告和预示。后来,科胡特克(Kohoutek)彗星诺曼人征服了英国,诺曼统帅的妻子把当时哈雷彗星回归的景象绣在一块挂毯上以示纪念。中国民间把彗星贬称为“扫帚星”、“灾星”。像这种把彗星的出现和人间的战争、饥荒、洪水、瘟疫等灾难联系在一起的事情,在中外历史上有很多。

1682年8月,天空中出现了一颗用肉眼可见的亮彗星,它的后面拖着一条清晰可见、弯弯的尾巴。这颗彗星的出现引起了几乎所有天文学家们的关注。当时,年仅26岁的英国天文学家哈雷对这颗彗星尤为感兴趣。他仔细观测、记录了彗星的位置和它在星空中的逐日变化。经过一段时期的观察,他惊讶地发现,这颗彗星好像不是初次光临地球的新客,而是似曾相识的老朋友。

哈雷彗星

在哈雷生活的那个时代,还没有人意识到彗星会定期回到太阳附近。自从哈雷产生了这个大胆的念头后,便怀着极大的兴趣,全身心地投入到对彗星的观测和研究中去了。在通过大量的观测、研究和计算后,他大胆地预言,1682年出现的那颗彗星,将于1758年底或1759年初再次回归。哈雷作出这个预言时已近50岁了,而他的预言是否正确,还需等待50年的时间。他意识到自己无法亲眼看见这颗彗星的再次回归,于是,他以一种幽默而又带点遗憾的口吻说:如果彗星根据我的预言确实在1758年回来了,公平的后人大概不会拒绝承认这是由一位英国人首先发现的。

哈雷彗星的彗尾

在哈雷去世10多年后,1758年底,这颗第一个被预报回归的彗星被一位业余天文学家观测到了,它准时地回到了太阳附近。哈雷在18世纪初的预言,经过半个多世纪的时间终于得到了证实。后人为了纪念他,把这颗彗星命名为“哈雷彗星”。其实在历史上从公元前240年起的每次回归我国都有所记载,最早的一次可能是周武王伐纣之年,即公元前1057年。哈雷彗星每隔大约76年就会按时回归。在哈雷彗星回归时,可以对它进行大量的观测研究。哈雷彗星的最近一次回归是1986年,中国和各国一样对它进行了大量的观测,发现了断尾现象。它的再次回归要等到2061年左右。

1910年5月13日的哈雷彗星

彗星的轨道与行星的很不相同,它是极扁的椭圆,有些甚至是抛物线或双曲线轨道。轨道为椭圆的彗星能定期回到太阳身边,称为周期彗星;轨道为抛物线或双曲线的彗星,终生只能接近太阳一次,而一旦离去,就会永不复返,称为非周期彗星,这类彗星或许原本就不是太阳系成员,它们只是来自太阳系之外的过客,无意中闯进了太阳系,而后又义无反顾地回到茫茫的宇宙深处。周期彗星又分为短周期(绕太阳公转周期短于200年)和长周期(绕太阳公转周期超过200年)彗星。目前,已经计算出600多颗彗星的轨道。彗星的轨道可能会受到行星的影响,产生变化。当彗星受行星影响而加速时,它的轨道将变扁,甚至成为抛物线或双曲线,从而使这颗彗星脱离大阳系;当彗星减速时,轨道的偏心率将变小,从而使长周期彗星变为短周期彗星,甚至从非周期彗星变成了周期彗星,以致被“捕获”。

彗星的运行轨道

1577年第谷指出当从地球上不同地点观察时,彗星并没有显出方位不同,因此他正确地得出它们必定很远的结论。

每当彗星接近太阳时,它的亮度迅速地增强。对离太阳相当远的彗星的观察表明它们沿着被高度拉长的椭圆运动,而且太阳是在这椭圆的一个焦点上,与开普勒第一定律一致。彗星大部分的时间运行在离太阳很远的地方,在那里它们是看不见的。只有当它们接近太阳时才能见到。

当彗星接近太阳时,在背向太阳的方向,自彗头会伸展出一条长逾几百万千米的明亮彗尾。当它们远离太阳时,由于温度很低,彗头中的挥发性物质便渐渐在彗核上凝固。由于组成彗星的物质一半以上是冰,所以它们也常被称作“脏雪团”或“脏雪球”。当彗星离太阳非常近时,彗核的表面由于升温而开始蒸发。汽化的微粒夹带了微小的沙粒,组成了彗发的气体和尘埃。

彗星的结构

当彗核凝固时,它仅能靠反射的阳光被看到。而当彗发产生后,尘埃反射了更多的阳光,彗发中的气体吸收紫外线并开始发出荧光。在离太阳很近的地方,荧光常常变得比反射光更为强烈。彗星吸收紫外线后产生了化学反应并释放出氢,氢脱离彗星的引力,产生了一个氢包层。由于大气的吸收,这个包层在地球上是无法看到的,但它能被探测器所发现。

由于彗头中物质的大小和质量不一致,在太阳射线冲击力和太阳风的作用下,彗头中物质被吹离时的速度也不一致。因此,相对巨大的尘埃,彗尾加速度较小而且是弯曲的。离子彗尾由于质量小而加速度较大,看上去它几乎是彗星相对于太阳的一直线。左上的West彗星便显示了两条不同的彗尾。细小蓝色的离子彗尾是由气体组成的,粗大白色的彗尾是由微小尘埃组成的。

从哈勃太空望远镜拍下的“苏梅克-利维9号”彗星

彗星每次访问太阳都要丢失一部分挥发性物质。最终它将成为太阳系中的又一颗岩石天体。因此对宇宙而言,彗星可以说是非常短命的。许多科学家认为有些小行星就是已熄灭的彗核,这些彗星已丢失了它们所有的挥发性物质。

因为周期彗星一直在瓦解着,必然有某种产生新彗星以代替老彗星的方式。可能发生的一种方式是在离太阳105天文单位的半径上储藏有几十亿颗以各种可能方向绕太阳作轨道运动的彗星群。这个概念得到观测的支持,观测到非周期彗星以随机的方向沿着非常长的椭圆形轨道接近太阳。随着时间的推移,由于过路的恒星给予的轻微引力,可以扰乱遥远彗星的轨道,直至它的近日点的距离变成小于几个天文单位。当彗星随后进入太阳系时,太阳系内的各行星的万有引力的吸力能把这个非周期彗星转变成新的周期彗星(它瓦解前将存在几千年)。另一方面,这些力可将它完全从彗星云里抛出。如果这说法正确,过去几个世纪以来1000颗左右的彗星记录只不过是巨大彗星云中很少一部分样本,这种云迄今尚未直接观察到。与个别恒星相联系的这种彗星云可能遍及我们所处的银河系内。迄今还没有找到一种方法来探测可能与太阳结成一套的大量彗星,更不用说那些与其他恒星结成一套的彗星云了。

彗星云的总质量还不清楚,不只是彗星总数很难确定,即使单个彗星的质量也很不确定。估计彗星云的质量在10-13至10-3地球质量之间。

在经过深度撞击的“坦普尔1号”彗星上,冰屑喷发景象蔚为壮观,远远超出科学家的预想。英国天文学家日前报告说,大约有25万吨冰屑正从被撞的“坦普尔1号”彗星上喷发而出。

英国天文学家公布的“坦普尔1号”彗星冰屑喷发量的最新数据,比此前预计的要大得多。2005年7月4日,美国宇航局利用“深度撞击”号彗星探测器发射铜头炮弹成功撞击“坦普尔1号”后,当时预计“坦普尔1号”上的冰屑喷发量只有5000吨。

英国天文学家在近期的英国皇家天文学会会议上表示,他们通过美国宇航局(NASA)的快速卫星监测,近日已得出了新的数据。NASA快速卫星上的仪器能够对彗星喷发出的颗粒进行X射线光谱分析,有关分析结果表明,“坦普尔1号”彗星在一个较长时间内将有大量冰屑喷发,数量超过以往的预计。

天文学家进一步指出,有关X射线光谱探测与分析显示,在“深度撞击”之前,“坦普尔1号”彗星每天喷发1.6万吨的冰屑;受撞后5—10天内,每天的喷发量最高达到4万吨,估计“坦普尔1号”彗星在喷发阶段的冰屑喷发量将达到25万吨。

彗星是由脆弱的冰粒和尘埃凝聚形成的。彗星环绕太阳时,太阳光照射导致彗星外层的冰粒融化,水分子和尘埃便在太空留下了一条射线般的长长的尾巴。天文学家认为,彗星蕴藏着地球和其他行星的诞生奥秘,有些彗星早在几十亿年前的早期地球时期就诞生了,它们可能携带着太阳系的原始物质,甚至早期生命的重要信息,对彗星的研究将有助于探索太阳系和行星的形成过程。这也是人类派出“深度撞击”号去撞击彗星的主要原因之一。

1楼昵称:开心果

彗星和彗核是由什么组成的?

2楼昵称:妞妞

彗星物质主要由水、氨、甲烷、氰、氮、二氧化碳等组成,而彗核则由凝结成冰的水、二氧化碳(干冰)、氨和尘埃微粒混杂组成,是个“脏雪球”。

3楼昵称:豆豆

彗尾形成的原因是什么?

4楼昵称:草根

当彗星逐渐接近太阳时,冷冻的表面开始蒸发,形成一个巨大的彗头或彗发。彗星在环绕太阳时,太阳风迫使气体和被蒸汽吹走的尘埃粒子形成两条彗尾。太阳风的平均速度是每秒300~500千米,对彗星造成一强大的推斥力,因而造成了彗尾的高加速度。太阳辐射及太阳风就是促成彗尾形成的两股原动力,故此彗尾要接近太阳时才出现且太阳愈壮观,但却永远背向太阳。

在17世纪前,对彗星进行详细研究的人,应推英国天文学家、格林威治天文台台长哈雷。这位与牛顿交往十分密切的科学家,于1656年生于伦敦的一个商人家庭,他从小热爱天文学,上中学时就曾测出伦敦磁针的磁差。

1682年,在地球寂静的夜空中,突然出现了一种少见的大彗星。哈雷在观测到这颗大彗星后,对它的来历发生了兴趣。这颗大彗星的运动是杂乱无章的还是有一定规律的呢?如果有规律,它的运行轨道又是什么形状呢?因此,哈雷又对24颗彗星的轨道进行了计算,并特地去请教牛顿。

牛顿明确地指出:“如果说,有两颗彗星,经过一定的时间间隔以后出现,描述出相同的曲线,那么就可以下结论说,这先后两次出现的实质是同一颗彗星。这时候我们就可从公转周期本身决定轨道特性,并求出椭圆的轨道。”哈雷相信牛顿的判断是正确的,认为天上星辰都是按照固定轨道运行的。他根据万有引力定律,仔细研究了从1337年以来长达300多年所有彗星的记载,并把它们编成了一张图表。从这张表上他发现,1682年出现的大彗星的轨道,同1531年和1607年所测得的大彗星轨道极为相似。由此他提出一种大胆的设想:这三次出现的大彗星实际上是同一颗彗星,它每隔76年左右出现一次,沿着同一个扁长的椭圆轨道绕日运行。

他这样写道:“相当多的事情使我想到,1531年阿比安所观察到的彗星,跟1607年开普勒和朗格蒙丹所描述的是同一颗彗星,也就是1682年我自己观察的那一颗。……因而我坚决相信,这颗彗星在1758年还要回来的。”

1759年,比哈雷预计的日期稍晚几个月,这颗大彗星果然出现在地球的上空。人们为了纪念和表彰哈雷的研究成果,就把这颗大彗星取名为“哈雷彗星”。

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