這一夜，讓我們來談?wù)勫缧?/h1>

2020-08-09 21:06

來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

聽全文

字號

王凱翔

七月盛夏，剛剛經(jīng)歷金環(huán)日食的震撼體驗(yàn)，整個(gè)北半球的天文愛好者的目光又迅速聚焦到C/2020 F3 新智彗星（NEOWISE）身上。

作為北半球自1997年的海爾-波普彗星以來最為明亮的彗星，新智彗星著實(shí)火了一把。從繁華熱鬧的北京市區(qū)，到大西北蒼茫的戈壁沙漠，從阿爾卑斯山谷小鎮(zhèn)的燈火之上，再到加拿大北部的絢爛極光中，都出現(xiàn)了它驚艷的身影。

進(jìn)入8月，隨著新智彗星逐漸遠(yuǎn)離地球，它也慢慢淡出了夜幕的舞臺，下一次想要在地球上再看到它，可要等到6700多年之后了！

大彗星的造訪，既給人們帶來新奇有趣的畫面和回憶，也留下了不少疑問，借此機(jī)會，讓我想講講有關(guān)彗星的故事。

巨石陣上的NEOWISE彗星；Declan Deval，APOD每日一圖  圖

作為太陽系里的自由旅行者，彗星們的故鄉(xiāng)遠(yuǎn)在太陽系寒冷寂靜的遙遠(yuǎn)邊緣。絕大多數(shù)的彗星目前被認(rèn)為來自于冥王星軌道附近的“柯伊伯帶” （Kuiper belt）和距離太陽數(shù)萬天文單位（接近一光年）的“奧爾特云” （Oort cloud）。

在奧爾特云這片包圍著太陽系的球狀地帶，有數(shù)以萬億計(jì)的彗星存在，它們都是太陽系形成時(shí)的殘留物，保留下了太陽系形成初期重要的化學(xué)組成信息。

這些彗星中的少部分，偶爾因?yàn)樘柛浇奥愤^”的恒星影響，或周圍行星的引力攝動，或彗星相互之間的碰撞作用，離開了它們原來平淡無奇、波瀾不驚的軌道，進(jìn)入了一場前往內(nèi)太陽系的冒險(xiǎn)旅程。

柯伊伯帶和奧爾特云的位置示意圖     NASA 圖

彗星本體，也就是彗核，主要是由松散的冰物質(zhì)、小石塊、塵埃等組成，冰物質(zhì)中除大部分是水冰之外，還有干冰（固態(tài)二氧化碳）、固態(tài)一氧化碳、氨、甲烷等。它們也因此被稱為是一顆顆“臟雪球”。

在這場旅程的絕大多數(shù)時(shí)間里，由于到太陽的距離還是很遠(yuǎn)，接收到的太陽輻射熱量有限，星際空間的寒冷環(huán)境不足以使彗星表面物質(zhì)揮發(fā)分解，彗星將長時(shí)間處于一種穩(wěn)定的、不活躍的狀態(tài)當(dāng)中。事實(shí)上，此時(shí)的彗星和小行星沒有什么明顯的區(qū)別，它們并不拖著尾巴。

當(dāng)彗星進(jìn)入到太陽系的 “雪線”（snow line）之內(nèi)時(shí)（大約為三倍的日地距離），太陽輻射強(qiáng)到足以加熱彗星使其表面冰物質(zhì)揮發(fā)的程度，彗星才開始進(jìn)入活躍狀態(tài)，揮發(fā)出來的物質(zhì)在彗核周圍形成彗發(fā)（Coma），并拖出一條彗尾來。往往到這時(shí)，它們才開始被地球上的人們在夜空中發(fā)現(xiàn)并加以研究。

隨著彗星繼續(xù)向太陽的方向旅行，它受到的太陽輻射愈發(fā)強(qiáng)烈，反射的太陽光強(qiáng)度和揮發(fā)的物質(zhì)含量都迅速增加，這使得彗星亮度逐漸上升，彗尾也越來越長。

有少部分彗星可以明亮到被肉眼直接看到的程度，例如這次的新智彗星。經(jīng)過軌道的近日點(diǎn)后，彗星將逐漸遠(yuǎn)離太陽和地球，在夜空中也隨之暗淡下去。如果是走橢圓形軌道的彗星，它將在許多年后再一次回歸。如果是走拋物線軌道的彗星，那么這次內(nèi)太陽系的旅行它擁有的是單次往返票，回到太陽系的邊緣就不再回歸，我們只與它相遇一次。

因此可以想象，當(dāng)彗星拖著長長的尾巴靜靜地現(xiàn)身于千年前的地球夜空，經(jīng)歷一段時(shí)間又逐漸消失離開時(shí)，會引起人們怎樣的思考與關(guān)注。

古人常常將彗星的出現(xiàn)與一些重要事件的發(fā)生聯(lián)系起來，將彗星視為神之降臨或是災(zāi)難的象征，“掃把星”的名聲就此遠(yuǎn)揚(yáng)。當(dāng)然我們現(xiàn)在已經(jīng)知道，彗星自有其客觀運(yùn)行規(guī)律。

相較于行星穩(wěn)定近圓形的軌道，彗星以其扁扁的軌道穿梭于太陽系外圍和內(nèi)層之間，看似瀟灑，但自由往往是要付出代價(jià)的。在靠近太陽的過程中，彗星物質(zhì)不斷揮發(fā)，結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。

有的彗星可能過于脆弱，還沒飛到太陽附近就因噴發(fā)過于猛烈，支撐不住而瓦解碎裂成許多碎片。有的彗星軌道離太陽過近，稱為“掠日彗星”，在近日點(diǎn)附近猶如飛蛾撲火一般灰飛煙滅，一去不返，再無蹤跡。有的彗星雖然結(jié)實(shí)強(qiáng)壯，也免不了在自己的橢圓軌道上每次接近太陽時(shí)都損耗掉一部分物質(zhì)，長此以往，或許有一天它會陷入沉寂或徹底消失。有的彗星的命運(yùn)更多變，在旅行半路上經(jīng)過木星等大行星時(shí)受到了引力攝動的影響，改變了軌道，進(jìn)入了一場新的未知探索。

1994年，甚至出現(xiàn)了彗木相撞的著名天文事件，這是人類第一次直接觀測到太陽系內(nèi)的其他天體相撞事件。所以這也是為什么前面提到，彗星進(jìn)入內(nèi)太陽系的旅程是一次冒險(xiǎn)的原因了。

哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝到的C/2019 Y4 (ATLAS)彗星的彗核分裂現(xiàn)象。  NASA/ESA Hubble 圖

1994年著名的“彗木相撞”事件，蘇梅克-列維9號彗星的碎片撞擊木星，在木星表面留下了撞擊后的黑色傷痕。     NASA、STScI 圖

彗星之美，很大程度上因?yàn)樗螒B(tài)多樣的彗尾。仔細(xì)觀察就會注意到，彗星往往存在有兩條尾巴，其中一條是黃白色的“塵埃尾”，另一條是藍(lán)綠色的“離子尾”。

離子尾是由太陽風(fēng)作用下，向外推出的離子化氣體組成，如一氧化碳、二氧化碳、氰基和其他電離的分子。因?yàn)槭翘栵L(fēng)吹出的，離子尾永遠(yuǎn)都筆直的指著背朝太陽的方向。

塵埃尾由微塵組成，在太陽光子的輻射壓力下推斥微塵而形成， 又常常因?yàn)殄缧堑倪\(yùn)動被甩在后面，呈現(xiàn)出彎曲的形狀。塵埃尾明亮而變化多端，往往是一顆彗星最明顯的特征。有的時(shí)候，或許還能見到因?yàn)橐暯窃蚨赶蛱柕摹胺闯ｅ缥病?。彗尾的長度很長，有時(shí)可以超過一個(gè)天文單位（約1.5億公里），而密度其實(shí)非常低。

1986年回歸時(shí)的哈雷彗星   NASA 圖

彗星是美麗的，但并不容易看見。每年都會發(fā)現(xiàn)不少新彗星，但絕大多數(shù)只能在望遠(yuǎn)鏡中才能被觀測和拍攝到。

許多人對彗星的了解或許僅限于出現(xiàn)在教科書上的哈雷彗星，而哈雷彗星上一次回歸的年代是在1986年，如今還記得的人不多。1980年代信息不發(fā)達(dá)，照相技術(shù)相對落后，普羅大眾很難有機(jī)會一覽當(dāng)年哈雷彗星的風(fēng)采。如今的信息化時(shí)代，技術(shù)已不再成為阻礙，但為什么大部分人還是沒有親眼看見過彗星呢？因?yàn)榱铃缧翘倭恕?/p>

在城市中用肉眼可見的明亮大彗星大約要10年才出現(xiàn)一次。對于生活在北半球的我們來說，從1997年海爾-波普彗星，到今年的新智彗星，整整23年，我們經(jīng)歷了許多次壯觀的日全食、兩次金星凌日，經(jīng)歷了獅子座流星雨大爆發(fā)，都沒有等到這樣一顆明亮的彗星。另外，即使彗星本身的亮度已經(jīng)比較明亮，它的觀測也受到很多因素的影響。

彗星的活躍程度取決于彗星到太陽的距離，離太陽越近，彗星也就越明亮。但離太陽越近，也就意味著彗星往往容易淹沒在太陽的光輝中，只能在日出前晨光或者日落后余暉中的低空被觀測到。

彗星離地平線很近，容易受到城市光污染，空氣質(zhì)量，云層霧氣等影響，更別說南方總是連綿不斷的陰雨天了。每當(dāng)有彗星來臨時(shí)，最好通過天文網(wǎng)站和天文app等，密切關(guān)注彗星在天空中的位置變化和升落時(shí)間，規(guī)劃觀測地點(diǎn)和方向。

有條件時(shí)，還是要去晴天概率高、暗夜條件好、低空大氣透明度更好的地區(qū)，比如中國西北部的沙漠戈壁或者高原地帶，相信肯定能夠收獲肉眼見彗星的震撼體驗(yàn)。

清晨在杭州市區(qū)上空現(xiàn)身的C/2020  F3  (NEOWISE)新智彗星    王凱翔  圖

清晨在杭州市區(qū)上空現(xiàn)身的C/2020  F3  (NEOWISE)新智彗星   王凱翔 圖

在內(nèi)蒙古阿拉善沙漠拍攝到的NEOWISE新智彗星，在遠(yuǎn)離城市的暗夜條件里，彗星極其壯觀，兩條彗尾清晰可見   朱劍棟 圖

彗星的名字是怎么來的呢？通常以最先獨(dú)立發(fā)現(xiàn)它的最多三位觀測者的名字命名，這也是為數(shù)不多的適合愛好者大展身手并直接獲得冠名的領(lǐng)域。

彗星的編號規(guī)則，以C/2020 F3為例，C代表周期超過兩百年或者非周期彗星，后面的年份、字母和數(shù)字則表明了發(fā)現(xiàn)的年月和順序。例如C/2020 F3代表的就是2020年3月下旬發(fā)現(xiàn)的第三顆彗星。P則代表回歸周期短于兩百年的短周期彗星。大名鼎鼎的哈雷彗星的編號就是1P。

現(xiàn)如今，隨著天文望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的發(fā)展，越來越多的大視場巡天項(xiàng)目上線，每隔幾天就能把全天拍上一遍，加以圖像比對算法的發(fā)展，大部分暗弱彗星都無處遁形了，留給愛好者的空間也日漸狹窄。

例如這次的C/2020 F3 (NEOWISE)新智彗星的名字就以發(fā)現(xiàn)它的NASA廣域紅外巡天衛(wèi)星的任務(wù)“NEOWISE”來命名。倘若真的有好運(yùn)氣獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了一顆彗星并獲得命名，那無疑是非常幸運(yùn)和酷炫的一件事情了！

有時(shí)候，大家還會有這樣的疑問：彗星跟流星到底有什么區(qū)別呢？它們都是有尾巴的，看照片都傻傻分不清了。

其實(shí)，彗星和流星從表現(xiàn)上來說是完全不一樣的兩類天體。流星是闖入地球大氣層的塵埃，在天空中飛快的一閃而過。彗星則是在太陽系內(nèi)穿梭的“臟雪球”，直徑有幾百米到數(shù)公里，在天空中，彗星也隨地球自轉(zhuǎn)，和其他日月星辰一樣?xùn)|升西落。

盡管表現(xiàn)不同，但彗星和流星是有相當(dāng)密切的關(guān)系的。流星雨的發(fā)生正是來自于彗星。彗星表面揮發(fā)出許多的物質(zhì)，其中相對較大的塵埃顆粒散布在它的整個(gè)運(yùn)行軌道上，稱為流星體。

如果彗星的軌道和地球軌道正好相交，每當(dāng)?shù)厍蜿J入彗星留下的這些流星體分布區(qū)時(shí)，就會有許多流星體進(jìn)入地球大氣層，產(chǎn)生美麗而轉(zhuǎn)瞬即逝的流星現(xiàn)象，稱為流星雨。一般來說，流星雨的母體都是彗星，例如每年8月準(zhǔn)時(shí)發(fā)生的英仙座流星雨，其彗星母體是斯威夫特-塔特爾（109P/Swift-Tuttle）彗星。

除了作為夜空中一道靚麗風(fēng)景線，彗星在科學(xué)研究上也是頗具意義。正因?yàn)樗鼈兪翘栂敌纬芍踹z留下的殘留物質(zhì)，是太陽系的“活化石”，保留下了重要的信息，通過研究彗星中的物質(zhì)組成，就可以推測太陽系形成時(shí)的元素組成，從而更好地理解太陽系的形成機(jī)制。

彗核富含水冰，近年來，科學(xué)家們也在彗尾中觀測到了一些有機(jī)分子。有理論推測，地球上最初的水和有機(jī)物就來自彗星。彗星或許能讓我們理解地球上的生命起源。因此，近年來有不少的探測器前往彗星，研究彗星的結(jié)構(gòu)、成分組成，收集彗星物質(zhì)等。期待這些探測器能為我們帶來更多的發(fā)現(xiàn)。

“羅塞塔”號探測器拍攝的67P/丘留莫夫－格拉西緬科彗星（67P/Churyumov–Gerasimenko）圖像，可見彗核上物質(zhì)噴發(fā)的噴流   ESA/Rosetta/NAVCAM  圖

1986年“喬托號”探測器近距離拍攝的哈雷彗星   ESA 圖

哈雷彗星每75到76年回歸一次，下一次回歸將在2061年7月，到那時(shí)，我們肯定能在城市中看到它。事實(shí)上，哈雷彗星現(xiàn)在仍在奔向軌道遠(yuǎn)日點(diǎn)的路上，過了2024年之后，它才會向太陽飛來。76年，幾乎已是人的一生，只有少數(shù)非常幸運(yùn)的人才能目睹哈雷彗星兩次。

彗星成百上千年的軌道周期，放在宇宙的尺度中來看，只是短暫一瞬，而對于人類來說，則是無法觸及的遙遠(yuǎn)未來。告別了NEOWISE新智彗星之后，希望我們能夠有多一些的機(jī)會去欣賞宇宙的壯麗景象。

（作者王凱翔，系北京大學(xué)天體物理專業(yè)在讀博士生，主要研究方向?yàn)槭遗窍祱F(tuán)內(nèi)的致密恒星系統(tǒng)。同時(shí)也是戶外運(yùn)動愛好者，現(xiàn)為北京大學(xué)滑雪隊(duì)雙板隊(duì)長，完成過多場馬拉松及百公里極限耐力賽。聯(lián)系我們/投稿郵箱：sjdl_2020@163.com）

特別聲明

本文為澎湃號作者或機(jī)構(gòu)在澎湃新聞上傳并發(fā)布，僅代表該作者或機(jī)構(gòu)觀點(diǎn)，不代表澎湃新聞的觀點(diǎn)或立場，澎湃新聞僅提供信息發(fā)布平臺。申請澎湃號請用電腦訪問http://renzheng.thepaper.cn。

+1

收藏

我要舉報(bào)