科學也可以如此靠近

電影《流浪地球》中,地球有像彗星一樣的尾巴,那麼您知道彗星是什麼嗎?

2月
08
2019

2019年2月08日01時 天文在線

天文在線

簡而言之:彗星上的物質被太陽光照亮了,所以人們就能看見彗星。彗星的核心亮度主要在於彗發彗尾而非彗星核。彗星的表面就是彗核的表面,其彗發就相當於彗星的「大氣層」。彗星核表面是由凝結成冰的水加上乾冰、塵埃、氨和岩石混雜而成

彗星是一個冰冷的太陽系小型天體,當它靠近太陽時,彗星便會開始升溫並釋放大量的氣體,這個過程被稱為釋氣(Outgassing)。由此會產生可見的彗星「大氣層」,也就是我們常說的彗發,有時還會產生彗尾。這些現象產生的原因,是由太陽的輻射壓力和太陽風作用於彗星核造成的。彗星核直徑的範圍一般從幾百米到幾十千米不等,它們是由鬆散的冰,塵埃和小岩石顆粒組成的。彗發的長度可以達到地球直徑的15倍,而彗星尾部的長度可達一個天文單位。如果彗星足夠明亮,人們無需使用望遠鏡,肉眼可見彗星的蹤影,在夜空中呈現出大約30度(60

倍滿月大小)的弧形。彗星的觀測記載歷史悠久,由古至今。

1997年於克羅埃西亞拍攝的海爾博普彗星,圖:Philipp Salzgeber

彗星通常具有極高偏心率的橢圓軌道,它們的軌道周期範圍很廣,從幾年到幾百萬年不等。短周期彗星起源於海王星軌道之外的柯伊伯帶或更遠的離散盤。長周期彗星被認為起源於遙遠的奧爾特雲,奧爾特雲是一種球體狀的雲團,其範圍可以從柯伊伯帶外部延伸到最近的恆星之間。長周期的彗星會由於恆星的經過和銀河潮汐引起引力攝動的緣故,而從奧爾特雲朝向太陽前進。雙曲線軌道運行的彗星可以穿過內太陽系,然後由於強大的引力作用而被甩到星際空間中去。彗星的外觀被稱為幻影火幽靈。

彗星與小行星的區別在於彗星的中心核周圍存在一個延伸的、不受重力約束的大氣層。這種大氣層的一部分被稱為彗發(緊緊的靠核周圍的中心部分)和彗尾(典型的線性部分,是由太陽光壓或太陽風等離子體從彗星中吹出的塵埃或氣體組成的)。

然而,已經多次靠近太陽的已經滅絕的彗星幾乎失去了所有揮發性冰和塵埃,可能會像小型小行星一樣。小行星被認為與彗星的起源不同,它們形成於木星的軌道內而不是外太陽系。主帶彗星和活躍的半人馬小行星的發現,已經使得小行星和彗星之間的區別變得非常模糊。

截至2018年7月,已經發現並命名的彗星已經有6339多顆,隨著不斷的新發現,這個數字將穩定的增加。然而,這一數目只是占到潛在彗星總數的一小部分而已,因為外太陽系(在奧爾特雲中)的彗星體的儲藏量估計高達1萬億顆!!

每年大約有一顆彗星憑藉肉眼就可以看見,雖然其中許多都是暗淡而不那麼引人注意的。不過也有特別明亮的彗星,這些彗星被稱為「大彗星」。
無人探測器曾經造訪過彗星,如歐洲航天局的羅塞塔號,這個探測器成為有史以來第一次降落在一顆彗星上的無人探測器,以及NASA的深度撞擊號,它主要任務是撞擊坦普爾1號彗星,以此來研究其彗星的內部結構。

彗核是彗星的實心部分,俗稱髒雪球或冰污球。彗星核由岩石、塵埃和冰凍的氣體組成。當彗核被太陽加熱時,這些氣體升華並產生一種圍繞著彗核的大氣層,這被稱為彗發。太陽的輻射壓力和太陽風會對彗星施加一種力,從而形成一個巨大的彗星尾巴,它永遠都是指向遠離太陽的方向(背向太陽)。一種典型的彗核,其反照率約為為0.04。這比煤炭還黑,原因可能是由塵埃覆蓋造成的。

哈雷彗星的核中大約80%都是水冰,而冷凍的一氧化碳(CO)只占另外的15%。
其餘大部分是冷凍的二氧化碳,甲烷和氨。科學家認為其他彗星在化學成分上與哈雷彗星相似。
哈雷彗星的核心顏色也是一種極黑的黑色。
科學家們認為,彗星的表面,或許還有其他大多數彗星,都被覆蓋了大部分冰的黑色塵埃和岩石外殼所遮掩。這些彗星只有在地殼中的洞朝向太陽自轉時,才會驅使內部冰層暴露在溫暖的陽光下釋放氣體。

太空船拜訪103P/哈德利彗星的彗核和它造成的噴流。彗核的長度大約是2公里,最窄的地點寬僅約400米。圖:NASA/JPL-Caltech/UMD

一種圍繞彗核的稀薄大氣層被稱為彗發,彗星在高橢圓的軌道上接近太陽時便會形成彗發;當彗星升溫時,彗星的部分會升華。當我們使用望遠鏡觀察彗星時,我們就會發現彗星呈現出「模糊」的外觀,與恆星有很大的不同。彗發(coma)這個詞來源於希臘語中的「kome」(κμ),意思是「頭髮」,是comet這個詞的起源。

彗發一般由冰和彗星的塵埃組成。當彗星運行到距離太陽3-4AU以內時,彗核噴出的揮發物中,水占據了整體的90%。水的母體分子主要通過光解離和較小程度的光電離被破壞。與光化學作用相比,太陽風在水的分解中起著次要的作用。較大的塵埃顆粒沿著彗星的軌道路徑被遺留了下來,而較小的塵埃顆粒被太陽光壓推離而進入到彗星的尾部。

哈伯太空望遠鏡在艾桑彗星通過近日點前不久拍到的影像,圖:NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

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最後更新:2019年2月7日星期四

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