自從首次注意到彗星尾巴掠過(guò)夜空,人類(lèi)就一直對(duì)彗星很著迷。當(dāng)看見(jiàn)許多年才出現(xiàn)一次的彗星,人們會(huì)記錄下它的出現(xiàn)日期。天文學(xué)家也對(duì)彗星著迷,因?yàn)樗鼈兪怯涗浿钪孢^(guò)去的非凡碎片,能告訴我們大量有關(guān)宇宙形成時(shí)期的信息。
幾乎每一年,都有來(lái)自太陽(yáng)系外圍的彗星造訪地球附近,例如“艾森”彗星和“麗霓兒”(也叫“林尼爾”)彗星。要了解彗星,不妨先了解天文學(xué)家用來(lái)表示距離的一個(gè)基本單位——天文單位,1個(gè)天文單位是指地球與太陽(yáng)之間平均距離,大約是1.5億千米。
彗星是太陽(yáng)系的小個(gè)頭成員,彗核直徑(或者說(shuō)寬度)通常只有幾千米。有些天文學(xué)家把彗星叫作“臟雪球”。彗星的主要成分被認(rèn)為包括:塵埃;冰(水、氨、甲烷和二氧化碳);一些含碳的有機(jī)材料,比如焦油;一個(gè)巖石內(nèi)核(只有部分彗星才有)。
彗星被認(rèn)為是由太陽(yáng)系最早期材料構(gòu)成的。當(dāng)太陽(yáng)剛剛形成時(shí),它把輕質(zhì)材料(氣體和塵埃)吹進(jìn)空間。其中一些材料(主要是氣體)凝固形成外行星(木星、土星、天王星和海王星),也有一些材料待在遠(yuǎn)離太陽(yáng)的兩個(gè)區(qū)域中的軌道里。這兩個(gè)區(qū)域分別是:奧爾特云,它是距離太陽(yáng)約5萬(wàn)個(gè)天文單位的一個(gè)巨大球體,以推測(cè)其存在者、荷蘭天文學(xué)家?jiàn)W爾特的名字命名;柯伊伯帶,它是指位于冥王星軌道外太陽(yáng)系平面內(nèi)的一個(gè)區(qū)域。
彗星被認(rèn)為都在奧爾特云或者柯伊伯帶內(nèi)環(huán)繞太陽(yáng)。當(dāng)另一顆恒星經(jīng)過(guò)太陽(yáng)系時(shí),前者的引力會(huì)推擠奧爾特云和(或)柯伊伯帶,導(dǎo)致彗星朝著太陽(yáng)下降。下降軌道是一個(gè)很扁的橢圓,太陽(yáng)是這個(gè)橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)。彗星可以擁有短周期軌道(例如“哈雷”彗星的軌道周期不到200年),也可擁有長(zhǎng)周期軌道(例如“海爾波普”彗星的軌道周期大于200年)。當(dāng)彗星以不到6個(gè)天文單位的距離經(jīng)過(guò)太陽(yáng)時(shí),彗星上的冰開(kāi)始直接從固態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)(升華),這與霧的形成很相似。當(dāng)冰升華時(shí),氣體和塵埃微粒飛離太陽(yáng)方向,形成彗尾。
當(dāng)一顆彗星接近太陽(yáng)時(shí),它會(huì)升溫。在升溫期間,我們能觀測(cè)到彗星的多個(gè)不同部分:彗核、彗發(fā)、氫包層、塵埃彗尾、離子彗尾。彗核是彗星的固態(tài)部分和主要部分。彗核直徑通常是1~10千米,但有時(shí)也可能達(dá)到100千米。彗核可能主要由巖石構(gòu)成。彗發(fā)是由蒸發(fā)的氣體(水蒸氣、氨、二氧化碳)和塵埃組成的、環(huán)繞彗核的光暈。當(dāng)彗星升溫,彗星大小比彗核大1000倍以上時(shí),彗發(fā)就會(huì)形成。彗發(fā)甚至可以大如木星或土星(直徑10萬(wàn)千米)。彗發(fā)和彗核一起構(gòu)成彗星的頭部。
環(huán)繞彗發(fā)的不可見(jiàn)氫層被稱(chēng)為氫包層,這些氫可能來(lái)源于水分子。氫包層的形狀常常不規(guī)則,因?yàn)樗惶?yáng)風(fēng)扭曲。隨著彗星接近太陽(yáng),氫包層會(huì)越來(lái)越大。塵埃彗尾總是背對(duì)太陽(yáng)。這個(gè)尾巴是由直徑僅1微米的塵埃顆粒組成的,這些顆粒蒸發(fā)自彗核,被陽(yáng)光壓力推離彗星。塵埃彗尾是最容易看見(jiàn)的彗星組成部分,因?yàn)樗瓷潢?yáng)光,而且它的長(zhǎng)度可達(dá)好幾百萬(wàn)千米。塵埃彗尾常常是彎曲的,因?yàn)殄缧窃谲壍乐械囊苿?dòng)速度與塵埃離開(kāi)軌道的速度一樣。
彗星常常有第二條尾巴——離子彗尾,也叫等離子體或氣體彗尾。離子彗尾由被太陽(yáng)風(fēng)推離自彗核的帶電氣體分子(二氧化碳、氮和水)組成。離子彗尾有時(shí)會(huì)消失。但當(dāng)彗星跨越一個(gè)邊界(太陽(yáng)磁場(chǎng)在這里逆轉(zhuǎn)方向)時(shí),離子彗尾又會(huì)出現(xiàn)。
當(dāng)彗星經(jīng)過(guò)內(nèi)太陽(yáng)系時(shí),它們可能會(huì)被木星引力撕碎。例如,“舒梅克—列維9號(hào)”彗星被分裂成20塊,其中每一塊都與木星相撞,成為有史以來(lái)得到記錄的最壯觀的行星際撞擊場(chǎng)景。最近,“麗霓兒”彗星在經(jīng)過(guò)太陽(yáng)時(shí)被太陽(yáng)引力撕碎。
1999年2月7日,美國(guó)宇航局發(fā)射300千克重的“星塵”機(jī)器人太空探測(cè)器,其主要目的是從“懷爾德2號(hào)”彗星的彗發(fā)提取宇宙塵埃樣本,并且把樣本送回地球。在前往“懷爾德2號(hào)”彗星途中,“星塵”也飛近小行星“5535 安妮弗蘭克”進(jìn)行了探測(cè)。2006年1月15日,“星塵”不辱使命,把彗發(fā)樣本送回了地球。目前,對(duì)樣本的研究仍在繼續(xù)中。通過(guò)研究彗發(fā)樣本微粒,科學(xué)家希望能更好地了解彗星和早期太陽(yáng)系的組成情況。
天文愛(ài)好者或者業(yè)余天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)過(guò)許多彗星。如果你也有興趣尋找彗星,請(qǐng)你記住以下幾點(diǎn):前往一個(gè)沒(méi)有人造光的地方;仔細(xì)了解彗星的模樣及其與其他天體的區(qū)別,因?yàn)槠渌祗w在模糊斑點(diǎn)狀態(tài)下容易與彗星混淆;分清并記錄觀測(cè)到的不同彗星,看看其中有沒(méi)有尚未得到記錄的(請(qǐng)查閱相關(guān)資料);使用雙筒望遠(yuǎn)鏡或射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè),放大倍率20~40倍;在日出前大約30分鐘望向東方,或者在日落前大約20分鐘望向西方,這是因?yàn)殄缧墙?jīng)常被自己的尾巴弄得有黑斑;緩慢掃視地平線附近的天空。你看到的彗星只是一些小小而又模糊的斑點(diǎn),這類(lèi)觀測(cè)需要科學(xué)的章法、漫長(zhǎng)的時(shí)間和耐心。平均來(lái)說(shuō),彗星獵手要花好幾百個(gè)小時(shí)的觀測(cè)時(shí)間,才能發(fā)現(xiàn)一顆新的彗星。