彗星的基础知识

第一节　彗星的基础知识

在绚丽的天穹，有时会出现拖着长尾的天体，这就是彗星，它使辽阔的星空又增添了几分神秘的色彩。较亮的彗星，人们凭肉眼就可以直接看到；较暗弱的彗星，要通过望远镜才能看到。由于彗星又明亮又怪异，并与背景恒星的视运动明显不同，因此为那些执著追求、辛勤观测的人们提供了发现它的机遇，彗星的搜寻与观测成为天文爱好者喜爱的活动。

一、彗星的形态和结构

彗星（图7.1.1）主要由冰块和尘埃（包括金属物）组成，当它远离太阳的时候，看起来只是个云雾状的小斑点。当它接近太阳时，彗星物质在太阳的光和热作用下迅速蒸发、汽化、膨胀，进而喷发出来，并被太阳强大的辐射压和太阳风推向背离太阳的方向，从而形成了彗头和彗尾。

图7.1.1　彗星的结构示意图

彗头中央最明亮的部分为彗核，它的外面包围着彗发，再外面压包着一层稀薄的氢云，称为彗云。

彗尾总是背向太阳，且离太阳越近，彗尾越长。彗尾的形状多种多样，有的细而长，有的短而粗，有的呈扁形，有的呈针叶状。细长的彗尾主要由电离的离子、气体分子组成，叫离子彗尾，这种彗尾呈蓝色。短粗而且弯曲的彗尾主要由尘埃粒子组成，叫尘埃彗尾，呈黄褐色。有的彗星两种彗尾兼而有之，如海尔—波普彗星（图7.1.2）。多数彗星只有一条彗尾，但也有的彗星出现两条彗尾甚至更多。

图7.1.21997　年过近日点的海尔—波普彗星

彗星是太阳系内的“流浪汉”，行踪很不稳定。多数彗星沿着一个偏心率很大的椭圆轨道绕着太阳运转，少数彗星的轨道是近圆形。也有些彗星沿抛物线或双曲线轨道运行，当它们绕过太阳之后，就一去不复返。彗星的运行示意图如图7.1.3。

运行周期在200年以内的叫短周期彗星，大于200年的叫长周期彗星。短周期彗星的轨道倾角一般在30°左右，多数是自西向东绕日运转即顺行，极少数是逆行。长周期彗星和非周期彗星轨道倾角的范围很大，顺行的逆行的都有。有的彗星轨道倾角可以达到90°，还有的甚至超过90°，如哈雷彗星的轨道倾角是162.2°。

图7.1.3　彗星的运行示意图

二、彗星的发现和命名

彗星，俗称扫帚星，“彗”字即扫帚之意。外文中的彗星“comet”词来自希腊文，意思是有“尾巴”或“毛发”的星。天文学中形象地以符号代表彗星。古代人偶然看到形貌奇怪的彗星出现，感到恐惧，看做灾祸的征兆，其实彗星出现只是一种自然现象，天文观测研究逐步揭开了彗星之谜。

历史上有很多彗星出现的记录，以我国古书上的记录为最早和最多，有时记为孛星、星孛、妖星、异星、蓬星、长星等。《淮南子》中有“武王伐纣……彗星出”的语句，据我国著名天文学家张钰哲推算，这是哈雷彗星在公元前1056年的回归，这是天文学对历史年代考证的重要贡献。

西方人长期受亚里士多德的错误看法的影响，认为彗星是地球大气中的一种燃烧现象，甚至哥白尼也认为“希腊人所谓的彗星，诞生在高层大气”。直到16世纪末，第谷才首次观测证明1577年大彗星比月球远得多，我国早在《晋书天文志》就有“彗星无光，傅日而为光。故夕见则东指，晨见则西指。在日南北皆随日光而指，顿挫其芒，或长或短”。古代只把彗星作为偶然出现的，直到17世纪，英国天文学家哈雷才计算出彗星轨道，他发现1682年、1607年、1531年出现的彗星有相似的轨道，断言这是同一颗彗星的三次回归，并预言它在1758年底或1759年初会再次出现，虽然他逝世于1742年而未亲自见到，但这颗彗星果然在1759年出现了，为了纪念他，这颗彗星称为“哈雷彗星”。哈雷一生计算出24个彗星轨道。

哈雷预言的应验激起人们去搜寻发现新彗星。按照国际惯例，新发现的彗星以最先发现者（至多3人，1994年后改为最多两人）命名。

虽然肉眼见到的亮彗星很少，但现代望远镜每年平均可看到20～25颗彗星，其中约1/3是新发现的，业余目视发现2～3颗。已有观测记载的彗星有1800多颗，去掉重复回归的，仅有1600多颗。实际上，彗星只有运行到离我们较近时才被观测到，而它们远离太阳时就观测不到了，据统计估算，太阳系有1012（万亿）1013（十万亿）颗彗星，它们绝大部分在太阳系外部。

三、彗星的轨道特性

通过多次观测的资料，可以推求出彗星绕太阳公转的轨道要素，即近日距、过近日点时刻、偏心率、轨道面对黄道面的倾角、升交点（在轨道上由南向北经黄道面上的点）黄经、近日点与升交点的角距，进而可以推算出彗星的历表，即不同时刻在天球上的视位置（赤经与赤纬）。很多彗星的轨道是扁长椭圆形、抛物线乃至双曲线。显然，沿抛物线或双曲线轨道运动的彗星是非周期彗星，它们会一去不返、逃离太阳系，那么它们是否真正属于太阳系成员呢？实际上，这些彗星是在过近日点前后被观测的，算出的是其吻切轨道，而且在这段时间里三种轨道差别较小，观测精度不够可导致算出的轨道误差，更重要的是彗星运行中受大行星的引力摄动等影响而发生轨道变化，大多数彗星在改正这些影响后算出的轨道仍是偏心率略小于1的扁长椭圆，因而它们是太阳系成员，也有少数彗星会一去不返。即使很扁长椭圆轨道的彗星，其公转周期也很长，要几百年乃至几万年才回归太阳系一次，在人类文明史中只有短周期的彗星（公转周期小于200年）才被多次观测到，绝大多数短周期彗星是顺向公转达到的（即跟行星公转方向相同），它们的轨道面相对黄道面的倾角小于45°，有少数（如哈雷彗星）逆向公转，而长周期彗星和非周期彗星的轨道面倾角是随机分布的，顺向公转和逆向公转的都很多。

四、彗星的化学成分

据彗星的光谱观测分析，可知彗星物质的化学成分主要是水（H₂O）、氨（NH₃）、甲烷（CH₄）、氰（C₂N₂）、氮（N₂）、二氧化碳（CO₂）物质。近年来通过射电观测发现，彗星上还存在着氰化氢（HCN）和乙腈（CH₃CN）有机化合物的分子和多种离子。这说明彗星上还保存着太阳系形成时期的有机分子，有着生命的迹象。冰水一类物质是构成彗星的主要成分，约占80％。彗星每经过一次近日点，由于被太阳蒸发及本身升华和扩散，要损失0.1％～1％的质量，加之向外有喷流效应，其上的物质损失很快。