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彗星

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彗星
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与太阳系中其他小天体不同,彗星自从古代便为人们所知。中国关于哈雷彗星的记载可追溯自至少公元前240年。为纪念1066年英格兰对诺曼的征服,著名的Bayeux丝织物描绘了哈雷彗星的一次出现。

到1995年为上,已有878颗彗星被编入目录,它们的轨道也至少粗略地计算过。其中的184颗是周期性彗星(轨道公转周期小于200年);其余中的一些毫无疑问也是周期性彗星,但它们的轨道还不能十分精确地计算出。

彗星有时被称为dirty snowballs(脏雪球)或"icy mudballs"(冰泥球)。它们是冰(包括水和固态气体)和灰尘的混合体,并且由于某些原因在太阳系形成时没有被合并入行星中。这使它们成为早期太阳系历史十分有趣的样本。

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概述编辑本段回目录

彗星
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彗星是由冰和少量岩石组成的小天体,平均物质密度只有10-1000千克/立方米,天文学家们把彗星形象地称为“脏雪球”。在一般的情况下,彗星都在太阳系的边缘地区,这时即使被观测到,也与极其微弱的恒星相似,看不出细致的结构。但当其逐渐接近太阳的时候,由于太阳的热辐射、太阳风和太阳光压作用的加大,尤其当它进入火星轨道区域以后,表面物质挥发形成彗尾,表现出其独特的结构。

彗头:彗星有一个形态朦胧而明亮的“头”部--彗头。彗头包括两部分,中央密集而明亮的彗核和雾状的包层--彗发。

彗核:彗核通常很小,直径一般在0.1-100km之间,很少有超过100km的。彗星的质量几乎都集中于彗核。

彗发:彗发是彗核的蒸发物,其形状和大小与距离太阳的远近密切相关。一般来说,离太阳越近,彗发越亮越大,直径可达数十万千米,有时还可与太阳相当,甚或超过太阳直径。

彗云:人类进入空间探测后,发现了彗发之外还有一个更大的,直径约100-1000万千米的包层--彗云。因为它几乎全是由氢原子组成,故又称为氢云。氢云的物质密度极其稀薄,所以地面上一般观测不到。

彗尾:长长的彗尾,是肉眼可见的彗星的主要特征之一,也是太阳系内最长的天体,它总是背向太阳一方。由于彗尾是彗头物质在太阳作用下的结果,所以,彗尾不仅与彗星的质量有关,更取决于离太阳的距离。在近日点时,达到最长;而一些行星族彗星在望远镜内仅有朦胧的彗尾而已。主要由气体组成的离子彗尾较直,而包含有许多尘埃物质的尘埃彗尾一般比较弯曲。此外,还有少量彗星在某一阶段内出现反常彗尾--朝太阳方向伸出尾状物质,称之为逆向彗尾,也有人称之为“彗翎”。有些彗星的彗尾不止一条,历史上不乏双尾甚至三尾的例子,最著名的是1744年的歇索彗星,曾出现过六条彗尾。彗尾的物质十分稀薄,恒星的光可以自由穿过它而不受任何影响,稀的彗尾密度远远低于实验室真空内气体的密度。

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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。

迄今发现的彗星共有1800多颗,它们中的大部分和我们仅有一面之缘,匆匆绕过太阳后,便沿着抛物线或双曲线一去不返了。只有沿着封闭轨道运行的彗星才能去而复来,这便是周期彗星。科学家把200年定为短周期彗星和长周期彗星的分界。

科学家们一直对彗星感兴趣,因为彗星被认为是我们太阳系里最古老最原始的天体,其物质构成与太阳系形成前的星云类似。这种星云后来坍塌形成太阳和行星,因此它含有46亿年前太阳和行星形成时的尘埃和气体。科学家们认为,形成地球生命的原始物质很可能是在彗星撞击地球时带到地球上来的,彗星为科学家研究太阳系和地球上生命的形成提供了一个窗口。

彗星是由一些未挥发的冰块组成的小而脆弱的天体。彗星的轨道是不对称的椭圆形,这使得它们可以非常接近太阳,也可离太阳十分遥远。彗星经常比冥王星更为遥远。彗星的结构多种多样且十分不稳定,但所有彗星都裹着一层称为彗发的挥发性物质,彗发随着彗星逐渐接近太阳而渐渐变大变亮。在彗发中央,常可见到小而明亮的彗核(直径小于10公里)。彗发和彗核一起组成了彗头。

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公里的明亮彗尾。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。

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。

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。
 

观测历史编辑本段回目录

彗星
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除了离太阳很远时以外,彗星的长长的明亮稀疏的彗尾,在过去给人们这样的印象,即认为彗星很靠近地球,甚至就在我们的大气范围之内。

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。彗星属于太阳系小天体。 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。大约有40颗彗星公转周期相当短(小于100年),因此它们作为同一颗天体会相继出现。历史上第一个被观测到相继出现的同一天体是哈雷彗星,牛顿的朋友和捐助人哈雷(1656一1742)在1705年认识到它是周期性的。它的周期是76年。历史记录表明自从公元前240年也可能自公元前466年来,它每次通过太阳时都被观测到了。它最近一次是在1986年通过的。离太阳很远时彗星的亮度很低,而且它的光谱单纯是反射阳光的光谱。当彗星进入离太阳8个天文单位以内时,它的亮度开始迅速增长并且光谱急剧地变化。科学家看到若干属于已知分子的明亮谱线。发生这种变化是因为组成彗星的固体物质(彗核)突然变热到足以蒸发并以叫做彗发的气体云包围彗核。太阳的紫外光引起这种气体发光。

彗发的直径通常约为105千米,但彗尾常常很长枣达108千米或1天文单位。

彗尾被认为是由气体和尘埃组成;4个联合的效应将它从彗星上吹出:(1)当气体和伴生的尘埃从彗核上蒸发时所得到的初始动量。(2)阳光的辐射压将尘埃推离太阳。(3)太阳风将带电粒子吹离太阳。(4)朝向太阳的万有引力吸力。这些效应的相互作用使每个彗尾看上去都不一样。当然,物质蒸发到彗发和彗尾中去,消耗了彗核的物质。有时以爆发的方式出现,比拉彗星就是那样;1846年它通过太阳时破裂成两个,1852年那次通过以后就全部消失。科学家估计一般接近太阳距离只有几个天文单位的彗星将在几千年内瓦解。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,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。彗星是在扁长轨道(极少数在近圆轨道)上绕太阳运行的一种质量较小的云雾状小天体。

彗星的轨道编辑本段回目录

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彗星的轨道有椭圆、抛物线、双曲线三种。椭圆轨道的彗星又叫周期彗星,另两种轨道的又叫非周期彗星。周期彗星又分为短周期彗星和长周期彗星。

一般彗星由彗头和彗尾组成。彗头包括彗核和彗发两部分,有的还有彗云。并不是所有的彗星都有彗核、彗发、彗尾等结构。我国古代对于彗星的形态已很有研究,在长沙马王堆西汉古墓出土的帛书上就画有29幅彗星图。在晋书“天文志”上清楚地说明彗星不会发光,系因反射太阳光而为我们所见,且彗尾的方向背向太阳。彗星的体形庞大,但其质量却小得可怜,就连大彗星的质量也不到地球的万分之一。

由于彗星是由冰冻着的各种杂质、尘埃组成的,在远离太阳时,它只是个云雾状的小斑点;而在靠近太阳时,因凝固体的蒸发、气化、膨胀、喷发,它就产生了彗尾。彗尾体积极大,可长达上亿千米。它形状各异,有的还不止一条,一般总向背离太阳的方向延伸,且越靠近太阳彗尾就越长。宇宙中彗星的数量极大,但目前观测到的仅约有1600颗。

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”。

彗星的结构编辑本段回目录

彗星彗星没有固定的体积,它在远离太阳时,体积很小;接近太阳时,彗发变得越来越大,彗尾变长,体积变得十分巨大。彗尾最长竟可达2亿多千米。彗星的质量非常小,绝大部分集中在彗核部分。彗核的平均密度为每立方厘米1克。彗发和彗尾的物质极为稀薄,其质量只占总质量的1%--5%,甚至更小。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”。

彗星的起源编辑本段回目录

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,由于受到其它恒星引力的影响,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它行星附近形成的;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。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,过去几个世纪以来一千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。

彗星的性质编辑本段回目录

彗星彗星的性质还不能确切知道,因为它藏在彗发内,不能直接观察到,但我们可由彗星的光谱猜测它的一些性质。通常,这些谱线表明存在有OH、NH和NH2基团的气体,这很容易解释为最普通的元素C、N和O的稳定氢化合物,即CH4,NH3和H2O分解的结果,这些化合物冻结的冰可能是彗核的主要成分。科学家相信各种冰和硅酸盐粒子以松散的结构散布在彗核中,有些象脏雪球那样,具有约为0.1克/立方厘米的密度。当冰受热蒸发时它们遗留下松散的岩石物质,所含单个粒子其大小从104厘米到大约105厘米之间。当地球穿过彗星的轨道时,我们将观察到的这些粒子看作是流星。有理由相信彗星可能是聚集形成了太阳和行星的星云中物质的一部分。因此,人们很想设法获得一块彗星物质的样本来作分析以便对太阳系的起源知道得更多。这一计划理论上可以作到,如设法与周期彗星在空间做一次会合。目前这样的计划正在研究中。

彗星与生命编辑本段回目录

 彗星是一种很特殊的星体,与生命的起源可能有着重要的联系。彗星中含有很多气体和挥发成分。根据光谱分析,主要是C2、CN、C3、另外还有OH、NH、NH2、CH、Na、C、O等原子和原子团。这说明彗星中富含有机分子。许多科学家注意到了这个现象:也许,生命起源于彗星!1990年,NASA的Kevin. J. Zahule和Daid Grinspoon对白垩纪-第三纪界线附近地层的有机尘埃作了这样的解释:一颗或几颗彗星掠过地球,留下的氨基酸形成了这种有机尘埃;并由此指出,在地球形成早期,彗星也能以这种方式将有机物质像下小雨一样洒落在地球上----这就是地球上的生命之源。

彗星的俗称编辑本段回目录

彗星俗称扫把星。在《天文略论》这本书中写道:彗星为怪异之星,有首有尾,俗象其形而名之曰扫把星。 

 

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