彗星:拖着长尾巴的“扫把星”

出品:科普中国

制作:阿武

监制:中国科学院计算机网络信息中心

  在古代,每当天空中出现了一颗带有一条长长的“尾巴”的星星,人们就总认为将要有灾祸或是战争发生。古人把这种星星当做是上天的警告,是一种预示灾难和天罚到来的信号。这颗星星就是彗星。因为它身后长长的尾巴看上去很像扫把,所以彗星也被叫做“扫把星”。我们现在知道彗星预兆灾祸的说法仅仅是古人的猜想和巧合,那么,让彗星如此与众不同的长尾巴究竟是怎么一回事呢?彗星是从何而生,又将要去往何处呢?

  图1:在著名的贝叶挂毯上出现的哈雷彗星,这个场景讲述在西斯廷斯战役之前哈雷彗星在天空中出现的情况,当时的人们认为彗星预示了战争的到来。

  拖着长尾巴的访客

  我们所说的彗星(Comet),绝大多数都是太阳系里面的一种具有周期性运动规律的小天体。它的主要成分包括气体、尘埃、岩石和冰等。彗星受到太阳引力而向着太阳前进。当它接近太阳的时候,被太阳释放的热量加热,因此其中的气体和尘埃被释放了出来,在宇宙中拖出长长的轨迹,这就是彗星的尾巴了。

  彗星围绕太阳运动,不同的彗星的轨道周期也不同,从几年到几百万年不等。根据它们围绕太阳运动周期的长短,天文学家们把彗星分为短周期彗星和长周期彗星。短周期彗星的运动周期一般小于200年,它们发源于海王星轨道外的柯伊伯带(Kuiper belt)。长周期彗星的运动周期从200年到数千甚至上百万年不等,它们发源于奥尔特云(Oort cloud),这个天体距离太阳有2光年那么远。

  图2:哈德利彗星的彗核

  一个脏雪球

  彗星的结构分为彗核、彗发和彗尾,它的核心固体叫做彗核,与其他小行星以岩石为主的结构不同,彗核的成分主要是冰、岩石和冻结的气体。所以天文学家给它取了一个形象的昵称“脏雪球”。在彗核中可能还包括很多有机化合物,例如甲醇、甲醛和乙烷等等。

  慧发是彗星周围围绕的尘埃和气体,它是彗星表面的一个稀薄的大气层。当彗星离太阳很远的时候,它还处于冰冻的状态,因此很难观测得到。不过当彗星飞进太阳系以后,表面围绕的慧发就会受到太阳风和太阳的辐射压而向彗星飞行的反方向形成一个延长的轨迹,这就是彗尾。我们所看到的“扫把星”的“扫把”就是这样形成的。

  由于气体收到太阳辐射的压力比较小,而尘埃收到的压力比较大,所以当彗星接近太阳的时候由尘埃形成的尾巴会拖在彗星轨道的后方,而气体形成的尾巴则正好指向背向太阳的方向。在这个时候,我们就可以观测到两条彗尾了。

  图3:彗星在靠近太阳的时候所能观测到的两条彗尾

  76年才见一面的老朋友

  在人类历史上第一颗被确认的短周期彗星是哈雷彗星。这是唯一一颗能够在地球上用肉眼直接观看的短周期彗星。早在公元前240年就已经有过对它的记载。英国人埃德蒙·哈雷(Edmond Halley)最先算出了它的回归周期,它每隔76年左右就会经过一次轨道上的近日点。也就是说每隔76年我们就可以从地球上看到它的出现。

  可惜的是,哈雷在当时预测,这颗彗星将在1758年再次通过近日点,而他本人却于1742年逝世,没能亲眼见证彗星的回归。后来这颗彗星被命名为哈雷彗星,以纪念这位天文学家的工作。

  图4:哈雷彗星的照片

  彗星的终点

  虽然彗星通常都以一个固定的周期围绕太阳系运动,但是它们也有消亡的一天。在太阳系之内的彗星如果一直以一个足够快的速度运行,它就有可能脱离太阳的引力控制而从太阳系内排出。除此之外,一颗彗星也可能由于彗核物质挥发殆尽而消亡,或者由于自身的原因解体变成无数的小流星。

  有的时候彗星的消亡会十分壮观,它可能会坠进太阳,或者与其他的行星相撞而变得粉碎。一些科学家们认为,在地球形成的早期曾经有许多带有冰的彗星撞击地球,并为地球带来了大量的水和一些有机物。如果这个理论成立的话,彗星们对于生命的出现还功不可没呢。

  图:5:木星南半球上的黑色斑点,这是舒梅克·利维九号彗星撞击留下的痕迹。

 

  图片来源:

  图1:https://zh.wikipedia.org/wiki/File:Tapestry_of_bayeux10.jpg

  图2:https://zh.wikipedia.org/wiki/File:Comet_Hartley_2.jpg

  图3:https://zh.wikipedia.org/wiki/File:Comet_Parts.jpg

  图4:https://zh.wikipedia.org/wiki/File:Lspn_comet_halley.jpg

  图5:https://zh.wikipedia.org/wiki/File:Jupiter_showing_SL9_impact_sites.jpg

 

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