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作者:冯志远

出版社:辽海出版社

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星球追踪

星球追踪试读:

前言

天文学是观察和研究宇宙间天体的学科,它研究天体的分布、运动、位置、状态、结构、组成、性质及起源和演化,是自然科学中的一门基础学科。

天文学与其他自然科学的一个显著不同之处在于,天文学的实验方法是观测,通过观测来收集天体的各种信息。因而对观测方法和观测手段的研究,是天文学家努力研究的一个方向。

天文学所研究的对象涉及宇宙空间的各种物体,大到月球、太阳、行星、恒星、银河系、河外星系以至整个宇宙,小到小行星、流星体以至分布在广袤宇宙空间中的大大小小尘埃粒子。天文学家把所有这些物体统称为天体。地球也是一个天体,不过天文学只研究地球的总体性质而一般不讨论它的细节。另外,人造卫星、宇宙飞船、空间站等人造飞行器的运动性质也属于天文学的研究范围,可以称之为人造天体。

天文学在不少方面是同人类社会密切相关的。时间、昼夜交替、四季变化的严格规律都须由天文学的方法来确定。人类已进入空间时代,天文学为各类空间探测的成功进行发挥着不可替代的作用。天文学也为人类和地球的防灾、减灾作着自己的贡献。天文学家也将密切关注灾难性天文事件——如彗星与地球可能发生的相撞,及时作出预防,并作出相应的对策。

青少年学习研究天文学知识不仅能够传递探索发现的激动,分享认识天体的快乐,还能获得关于宇宙和人类相互依存的知识。

鉴于以上原因,我们特地选编了这套“天文馆漫游”共10册,分别是:《天文之窗》、《天象表演》、《太空观测》、《宇宙奇观》、《星球追踪》、《天体运动》、《星系掠影》、《外星人类》、《飞碟跟踪》和《天文学家》。

这些内容主要精选现代天文学科的各个项目或领域,介绍其观测过程、科学原理、发展方向和应用前景等,使青少年站在当今科技的新起点寻找未来开发宇宙空间的突破口,不断提升自己的天文领域知识。

本套天文馆漫游知识丛书具有很强的科学性、知识性、前沿性、可读性和系统性,是青少年了解天文、增长知识、开阔视野、提高素质、激发探索和启迪智慧的良好科谱读物,也是各级图书馆珍藏的最佳版本。

彗星概况

彗星是太阳系大家庭中的一个奇特的成员,它不仅有一个奇特的外貌,而且它的行踪“诡秘”难以捉摸。彗星拖着一条奇异的长尾巴,就好像是一把倒挂在天上的扫帚,所以我国古代人民形象地给它起了一个别名——扫帚星。其实彗星的彗字在古代就有“扫帚”的意思。古希腊人把彗星称为“发星”,认为彗星的尾巴就是少女拖在脑后的美丽的长发。

彗星,不过是太阳系中的一个普通成员。彗星是在太阳的引力下绕着太阳运动的一种天体的称呼。

太阳系中所有的天体都在太阳的引力作用下运动着,它们的运动轨道都是一条圆锥曲线,太阳则处在曲线的一个焦点上。彗星也不例外,它的运动轨道也是一条圆锥曲线。圆锥曲线包括圆、椭圆、抛物线、双曲线,不同的彗星运动轨道的形状也不相同。目前尚未发现有圆形轨道的彗星。而具有抛物线和双曲线形轨道的彗星,它们只接近太阳一次,在绕过太阳以后就越跑越远最后脱离太阳引力,离开它生活了一段时间的太阳系,向遥远的宇宙太空飞去并且将永远也不再归来。另外还有一些彗星,它们沿着椭圆形的轨道绕太阳旋转。尽管它们之间有的偏心率很大,会跑到离太阳很远的地方去,但是总有一天它们又会飞回来再次亲近太阳。这些沿着椭圆轨道运行的彗星才是太阳系的正式成员,人们称它们为“周期彗星”。前面说的那些一去不复返的彗星就被称为“非周期彗星”了。非周期彗星并不是我们太阳系的正式成员,它们不过是到我们太阳系里来的一位过客而已。

在周期彗星中周期不到加年的称为“短周期彗星”。已经算出轨道的短周期彗星有100多颗,由于它们走近太阳和地球附近的次数比较多,对它们的观测资料也比较丰富、准确,所以对这些彗星的认识也比较清楚。那些绕太阳公转周期超过加年的彗星就称为“长周期彗星”。它们的轨道很扁长,甚至接近抛物线的形状。有的彗星能够跑到冥王星轨道以外很远的地方,需要几百年、几千年甚至更长的时间才能再走近太阳一次。但是不管怎么说这些彗星总是要再次回到太阳的身边,因此它们是太阳系这个大家庭里的一个成员。

科学家们经过研究和分析,认为来自太阳系以外的彗星是极少数,绝大多数的彗星都是太阳系的成员。它们原来的运行轨道差不多都是偏心率接近于1的椭圆,这些彗星都是在一个比较扁长的轨道上绕太阳运行着。如果彗星只受到太阳引力的作用,那么它的速度和运行轨道就永远也不会改变。但是在太阳的周围有9个大行星存在。特别是木星和土星,它们的质量相当大。当彗星从这些大行星附近经过时,它们对彗星的引力是不能忽视的。这个引力会使彗星的运行速度改变,因而使它的运行轨道也改变了。这种由大行星引力作用产生的改变,在天文学中叫做“摄动”。

大行星的摄动可以使长周期彗星变为短周期彗星,也可以使短周期彗星变为长周期彗星,甚至变为非周期彗星。当摄动使彗星的速度变小时,就可以缩短其运行周期;当摄动使彗星的速度加快时,就会使运行周期增加;当摄动使彗星的速度增加得很大,使它轨道变成抛物线形或双曲线形,就会使这颗彗星成为一颗非周期彗星。

彗星的外貌和亮度随着它距离太阳的远近而产生明显的变化:当彗星离太阳很远的时候,它像一颗很暗的星星。当它逐渐地运动到太阳附近时变得越来越亮,而且由于太阳风和太阳辐射压力使它产生一条拖在身后的尾巴。当它离太阳更近时尾巴显著地变长变大,在近日点处它的尾巴最长最大。彗星过近日点后它的尾巴逐渐缩小,最后又像一颗暗暗的星星,慢慢地消失在人们的视野中,甚至连大望远镜也看不到它们了。

彗星的结构是很奇特的,它那较亮的中心部分叫做“彗核”。在彗核的外面有一层云雾包裹着,这层云雾是“彗发”,它是由彗核中蒸发出来的气体和微小的尘粒组成的。彗核与彗发合称为“彗头”。当彗星运动到太阳附近时,强大的太阳风和太阳辐射压力使它产生一条拖在身后的尾巴,这条尾巴称为“彗尾”。彗尾物质实际上就是太阳风和辐射压力推朝后面的彗发中的气体和微尘;在70年代初期用火箭和人造卫星在大气外观测彗星,发现在彗发的外面还包围着由氢原子构成的云,称为“彗云”或“氢云”。具有包括彗头、彗云、彗尾的彗星是最典型的彗星形状,但是具备这样典型结构的彗星是极少数的。大多数彗星都比较暗,肉眼根本看不见,只有借助于望远镜才能看到它们。在照相底片上它们只呈现出含有彗核的朦胧外壳,宛如一个小星云。还有一些彗星没有彗尾,有的甚至连彗发也很少。

彗头的结构很复杂,而且不同的彗星之间也有很大的差别。彗头的中心部分是彗核,一般很难直接从彗头中分辨出彗核来。彗核的直径很小,大约只有几百米到上百千米,但是集中了彗星的绝大部分质量。彗发的体积随彗星离太阳的距离而变化,离太阳越近其体积越大。一般来说它比彗核大得多,约有几万千米,有时彗发的体积更大。例如1811年出现的大彗星,它的彗发直径达180万千米,比太阳的直径还大得多。

彗星的形状之所以奇特就在于它拖在身后的那条彗尾了。彗尾的体积可以达到很大。有时大彗尾可以长达上亿千米,宽度从几牛千米到几万千米,甚至宽达2000多万千米。这样的彗星;它的尾巴扫过很大一片天区,在夜空中显得十分壮观。彗星主要可以分为两类。一类彗尾较直是由离子气体组成的,所以称为“离子彗尾”或“气体彗尾”,又称“Ⅰ型彗尾”。另一类彗尾是弯曲的,它主要由微尘组成的呈黄色,它们被称为“尘埃彗尾”或“Ⅱ型彗尾”。除了这两大类型的彗尾以外,彗尾的种类还有许多类型,比如弯曲程度较大的彗尾称为“Ⅲ型彗尾”;还有一种看上去好像朝着太阳方向延伸的扇形或长钉状彗尾称为“反常彗尾”。说到彗尾的形状更是多种多样、千差万别。有的细而长,有的短而粗,有的呈扇状形,有的呈针尖状,有的有好几条尾巴……1843年记录的大彗星彗尾长达3亿3千万千米,比太阳到水星的轨道距离还大,是有记录以来记录到的最长彗尾。1744年出现的彗星竟有6条明亮、宽大的彗尾,它是目前观测到的彗尾最多的1颗彗星。

彗星的体积在太阳系中是最大的,但是它的质量却并不大。彗星3的质量都集中在彗核,那里的平均密度大约为1克/厘米。有些彗星的彗核密度可能会大一些,但也有的彗核密度仅有0.01克/厘米3,比空气的密度还要稀薄得多。可见彗星这个庞然大物,只是虚胖而已。彗发的体积更大,质量更小,它的密度当然比彗核的密度更小了。那又长又宽的彗尾当然是体积最大,质量最小,密度最小了。彗尾的物质极为稀薄,那里的密度只有地面上空气的10亿亿分之一。当彗星掩恒星时,被掩星的星光可以穿过彗发和彗尾,它们的光线一般不会减弱也不会发生偏折,只是看到星光发生闪烁而已。1910年大彗星哈雷彗星的尾巴曾经“扫”过地球。当预测地球要穿过哈雷彗星的彗尾时,立刻引起了骚动,不少人惊恐不已生怕地球在碰撞中毁灭。但是彗星物质太稀薄了,地球从彗尾穿过时,地球上毫无异常现象。

彗星的体积这么大质量又这么小,到底组成彗星的物质是什么呢?通过光谱分析已尼知道它的化学组成是:水(HO),氨2(NH),甲烷(CH),氰(CN),氮(N),二氧化碳(CO)等。

342222++在离子彗尾中有许多种离子和电离分子,如:CH、OH、CO、HO2+++、NC等。此外射电观测还发现了CHCH(乙腈)HCN(氰化氢)3等。

我国对彗星的观测和研究可以追溯到4000多年前,拥有世界上最早、最丰富的彗星记录。过去的记载中曾记录下许多著名的大彗星,如哈雷彗星、恩克彗星、比拉彗星、多纳提彗星、科胡特克彗星等,其中哈雷彗星最为著名。哈雷彗星于1985~1986年回到地球和太阳附近,在1986年2月9日它通过近日点。在80年代美国与欧洲宇航局制定了一项联合探测彗星的计划,发射一颗探测彗星的航天器。这个探测器先以高速掠过哈雷彗星,然后再去访问一个年老的、近期内活动不大的典型彗星一坦普耳2彗星。探测器会近距离探测彗星,并向地球发回大量的资料。这一计划大大地丰富人们对于彗星这一奇异天体的认识。

彗星是太阳系内的一种小天体,因其形态奇特而为人们瞩目。我国唐代著名诗人李贺曾在“梦天”一诗里,用“一泓海水杯中泻”的佳句描写了彗星出现在湛蓝色夜空时的情景,可谓出神人化。

彗星并不多见。据记载,人类有史以来仅观测到大约2000多次彗星,其中亮度超过金星的只有16次。按照通常的定义,亮度接近或超过亮行星的彗星就是非常壮观的彗星了,一般要平均20年左右才能出现1颗。实际上,彗星是非常多的。据天文学家估计不下1000亿颗。

彗星的运行轨道

彗星和太阳系中其他天体一样,都是在太阳引力作用下绕日运行的,轨道是圆锥曲线,太阳位于曲线的一个焦点上。如果偏心率e〈1,轨道是椭圆形的,e=1,是抛物线形的,e〉1就是双曲线形的了。如果彗星的轨道是椭圆形的,那么它便是一颗周期彗星。周期短于加年的称为“短周期彗星”,长于200年的称为“长周期彗星”。轨道是抛物线或双曲线的彗星,只能接近太阳一次便一去不复返了,因此称为“非周期彗星”。天文学家对1984年底已掌握轨道的992颗彗星做了统计:轨道呈双曲线的有104颗,占彗星总数的10.5%;轨道呈抛物线的有589颗,占59.4%;椭圆轨道的有299颗,占30.1%。其中长周期彗星有169颗,短周期彗星有130颗。

除太阳引力外,影响彗星运动的还有来自各大行星的引力。对于短周期彗星,木星的影响最为显著。它会使从远处向太阳走来的彗星运动加快,轨道改变,以致当这颗彗星再次回归时,人们有不曾相识的感觉。“天文学家把周期为3~10年,远日点在木星轨道附近的彗星称为木星族彗星,据1979年统计,可归人木星族的彗星有79颗。除此之外,还有土星族彗星、天王星族彗星和海王星族彗星,但数量就少多了。分别为8颗、3颗和9颗。”

彗星的命名

国际上对新彗星的发现一直很重视,平均每年发现的新彗星约4~5颗。一般都以发现者的姓命名,如紫金山天文台发现的葛一汪彗星。此外还以发现时的公元年号和按该年中发现彗星的顺序加上一个拉丁字母命名,例如,我国紫金山天文台1965年发现的两颗彗星是这一年发现的第2颗和第3颗彗星,因此临时命名为1965b和1965c。待观测资料增多,算出轨道后,就按彗星在这一年过近日点的先后次序,在年代后改用罗马字母,作为永久命名。上述两颗彗星即分别为1965Ⅰ和1965 Ⅱ。

天文学家发现,周期彗星每次回归近日点都编一新号实在没有什么必要,老早发现的彗星追补编号也不太好办,有些新发现的天体一时还难于确认是彗星还是小行星。所以,国际天文学联合会(tAU)决定自1995年1月1日起采用新的彗星命名办法,即以现时的公元年号加上这年的那半个月的大写拉丁字母(A=1月1~15日,B=1月16~31日,C=2月1~15日,……Y=12月16~31日,Ⅰ除外),再加上在该半个月中代表发现先后次序的阿拉伯数字。这种命名方法与小行星命名法类似。此外,决议还用加前缀的方法使人们了解每颗彗星的性质。如P/表示短周期彗星;C/表示长周期彗星;D/表示不再回归的彗星;A/表示可能是1颗小行星;X/表示尚未算出轨道根数的彗星。今年1月30日日本天文爱好者于吉百武(Yuji Hyakutake)发现的彗星按此方法被命名为“C/1996B2”。

此外,对短周期彗星在其轨道周期确认后,按其过近日点或在其发现后在远日点附近被观测到的先后次序依次排列,在彗星名字前面加上编号,编为第1号的是哈雷彗星,2号是恩克……。如果1颗彗星已经分裂,那么要在名字后加-A,-B……,以区分每个碎核。

每年出现的彗星有新彗星,也有周期彗星。新彗星出现的天区和时间是无法事先知道的,周期彗星可以根据以往的轨道根数预测,但由于诸多因素,预报与实际情况有时会有较大的偏差。

彗星的形态和结构

人们一般只能看到亮彗星的彗核、彗发和彗尾。70年代,天文学家通过高空火箭和人造卫星发现,彗发之外还有彗云,因它是由原子氢构成的,所以又叫氢云,是彗星的外大气层。

彗星中也有发育不全的,有的没有彗尾,如运行在火星和木星轨道之间的奥特姆彗星。有的不仅没有彗尾,甚至连彗发也没有,如运行在木星和土星轨道之间的施瓦斯曼-瓦赫曼彗星,不了解它的人很难认出它是1颗彗星。

即使是同1颗彗星,在不同时期也是有差别的。当彗星离太阳很远时,只呈现一个云雾状的斑点,只有在彗星离太阳较近时,彗核中的尘埃和气体才逐渐蒸发形成彗发和彗尾。一旦远离太阳,彗发和彗尾就又消失了。

彗头中央明亮的部分叫做亮度核或光度核。但它不是彗星的物理核心,即不是真正的彗核,真正的彗核位于亮度核的中央,直径只有几千米到几十千米。它是彗星的主体,大部分的彗星质量集中于此。

彗星的脏雪球模型

彗星现象很复杂,而对彗星的主体部分——彗核的观测又非常困难。彗星接近太阳时,彗核包围在彗发中间无法观测,而彗星远离太阳时,彗核虽露出来了,但离地球又太远了,即使用大望远镜也难于看到。所以天文学家一直对彗核缺乏实际了解。

1949年,美国天文学家惠普尔建立了彗核的“脏雪球模型”,提出彗核是由冰和尘埃冻结在一起的团块,宛如一团脏雪球。并认为彗核的主要化学成分是:氢、碳、氧、硫、碳氢基、氨基、羟基、水、一氧化碳、二氧化碳等。

根据惠普尔模型,当彗星走到太阳附近时,阳光照射使彗核表面的冰升华为气体,形成彗星的大气层,大气电离后又形成电离层。在太阳光压作用下,升华时带出来的尘埃构成弯曲的尘埃彗尾,即Ⅰ型彗尾。电离的气体在太阳风的作用下,形成又长又直又窄的电离气体彗尾,即Ⅱ型彗尾。由于彗星每次走近太阳,仅是彗核表层受到蒸发,内部仍保持冻结状态,所以彗星的寿命一般都很长。彗星本身也有自转运动。周期通常为几个小时。

80年代哈雷彗星回归期间,前苏联、西欧、日本和美国共发射6枚航天探测器对哈雷彗星或贾科比尼-津纳彗星进行飞近探测。其中前苏联的“韦加”1号和2号,欧洲宇航局的“乔托”收获最大,特别是“乔托”飞近哈雷彗星的电离层和大气层,在距彗核仅600多千米处拍摄了彗核照片。从照片上可以看出彗核是一个14千米长,7.5千米宽,7.5千米高的马铃薯状的东西。彗核表面覆盖着黑色的尘埃,大约20%的表面是活动区,有高达上千千米的喷流。

空间探测证明了惠普尔的脏雪球模型,彗核中的尘埃和冰物质构成一条条含尘埃的小冰柱,交叉而疏松地叠在一起,构成“萨其玛”式的形状。

彗星的起源假说

这是一个众说纷纭的问题,但最为流行的是本世纪刃年代荷兰天文学家奥尔特提出的“原云假说”,即原始的彗星集中在距太阳2~15万天文单位的区域中。这一区域被称为原彗星云区,后人也称原彗星云为奥尔特云。云内约有1.9有19×1011颗彗星。尽管原彗星是与最近恒星的距离相差不多,但这不意味着彗星来自星际空间,相反,它们严格地属于太阳系。然而这些太阳系边缘的暗天体是无法观测到的,只有当它偶而被走近恒星引力摄动,改变轨道后进入内太阳系,才作为“新”彗星被发现。

差不多与此同时,美国天文学家柯伊伯预言冥王星之外有个彗星带,它们的轨道近于圆形,轨道面对黄道面的倾角也不大。这个彗星带约从离太阳42天文单位延伸到几百天文单位。其中的彗星是太阳系星云中形成的原始冰体残留下来的。

柯伊伯提出冥外彗星带假说40多年后,美国天文学家朱维特和鲁才于1992年8月30日用夏威夷的口径2.2米望远镜发现了第1个冥外天体.1992QBI,以后又陆续发现了4个。之所以称它们为“天体”是因为天文学家对它们究竟应属于行星、小行星还是彗星尚有争议。

对彗星的认识过程

彗星,俗称扫帚星。汉字的“彗”就是扫帚的意思。在外语中,“彗星”一词来自希腊文,原意是有“尾巴”或“毛发”的星。在天文学中,彗星形象地用符号“掀”表示。

彗星是罕见的天体,外貌奇特,很容易引起人们的注意,人们也自然地要提出:它到底是怎么一回事?

我国古代首先把彗星看作是天体,曾有一些较好的见解。如1973年于湖南长沙马王堆汉墓中出土1幅彗星图,据考证,它绘于公元前200多年。图中绘有20多种不同形状的彗星,有彗核、彗发、彗尾等形象;尤其对彗尾描绘的较细致,有粗的、有细的、有弯的、也有分成几枝的。把彗星从形态上作了粗略的分类。

对彗星发光的原因,认识得也较为深刻。如《晋书·天文志》中说:“彗体无光,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”。这与现代的看法是一致的。可贵的是,这种见解出自晋以前,而欧洲对彗星有正确的见解则比我国晚得多。

古代的欧洲,并不把彗星看作是天体,只认为是地球大气中的现象。公元前4世纪希腊学者亚里士多德和他的后继者们一直把彗星看作是地球大气中的燃烧现象,这种看法的影响是很深远的,所以长期以来把彗星算作气象范畴。公元前1世纪,住在埃及亚力山大城的希腊著名天文学家托勒密,在他的著作《天文学大成》中也不把彗星看作天体。直到16世纪,波兰杰出的天文学家哥白尼也没有摆脱前人对彗星的陈旧观念,他说:“高层大气被认为是它(彗星)诞生的地方。”到哥白尼去世后30多年,适逢1577年出现1颗大彗星,丹麦的天文学家第谷·布拉赫曾试图测量这颗彗星和地球之间的距离,但因不具备正确的测量方法而没有得到什么结果,但他已认识到地球到彗星的距离至少要比到月亮的距离远6倍,这说明彗星不是地球大气内的现象。第谷·布拉赫是欧洲第1个把彗星看作是天体的人。后来,他的学生,德国天文学家克普勒,经过长期观测研究,证明了第谷·布拉赫的观点。

在16世纪,开普勒总结出了行星运动三定律,17世纪牛顿又发现了万有引力定律,至此已能计算彗星运行的轨道了。1680年,出现了1颗大彗星,牛顿根据观测资料定出了它绕太阳的轨道。接着,1682年又出现了1颗大彗星,英国的天文学家哈雷与牛顿合作,计算了这颗彗星的轨道。哈雷对这颗彗星的研究付出了很大的精力,他编纂了以前彗星的记录,计算了从1337年到1698年观测的24颗彗星的轨道。1695年,哈雷发现有3颗彗星的轨道很值得注意,1颗是1531年阿皮昂观测的,1颗是1607年开普勒观测的,再1颗是1682年哈雷自己观测的,它们的轨道十分相似。经过深思熟虑,哈雷认为,这可能是同一颗彗星的3次回归。但是还有问题,如果是同一颗彗星,为什么每周的间隔不同呢?有的是74年11个月,有时是76年零两个月,这又是为什么呢?但哈雷毕竟是一位数理知识造诣很高的学者,他认为这可能是由于土星和木星对这颗彗星的摄动,使它的轨道和周期产生了差异。他终于肯定,这3次是同一颗彗星。继而预言,它在1758年还会回来。果然,在1758年的12月,它又回来了,但哈雷是不能看到它了,他已于1742年去世了。为了纪念这位学者的重大发现,就把这颗彗星命名为“哈雷彗星”。哈雷是世界上第一个发现周.期彗星的人,并证明彗星也和行星一样是受万有引力支配绕太阳运行的天体。

至此,对于彗星的认识,可以说是个飞跃,从而为以后彗星的研究工作奠定了坚实的基础。

到了19世纪40年代,还不知道彗星是由哪些成分组成的。法国哲学家孔德于1842年曾说:“不论什么时候,在任何情况下,我们都不能研究出天体的化学成分来”。还不到20年,照相术和光谱分析在天文观测中广泛应用,解决了彗星的化学成分问题以及发光和物理特性等问题。

到了现在,对彗星的认识已进入了一个全新的阶段。

慧星历史记录

在科学研究中,积累资料是很重要的一个环节。

众所周知,中国古籍中的天象记录有如汗牛充栋,比比皆是。其他国家则不然,所存寥寥,如凤毛麟角。相比之下,我们确是佼佼者,这在国际上是公认的。如法国的天文学家巴尔代曾对中国古代的天象记录作过研究,他于1950年时说:中国古代天象记录是世界上最好的。英国学者李约瑟,日本学者新城新藏等也都对我国古代天象记录有较高的评价。

关于彗星的记录,据不完全统计,至1911年为止,史书中有554次记载。由于时代不同,所用的名称也不同,很是复杂。其中记作彗星的有256次,记作星孛或孛星的103次,记作客星的79次,只记作星的39次。还有其他的名称,如长星、异星、奇星、蓬星、景星、妖星、瑞星、天冲、旬始、格泽、蚩尤、天狗、白光、白气……刀次。从现代天文学角度看,这些记载不完全是彗星。一般记作彗星、孛星、星孛的多数是彗星。记作客星的,多数是新星,少数是彗星。记作其他名称的,多数是彗星,个别的是流星。在《史记·天官书》中,一般用客星的名称,《汉书·天文志》中,客星和彗星的名称相混。唐李淳风撰晋、隋《天文志》把客星另立一类,唐、宋诸志沿袭下来。《明史·天文志》把客星叫做新出星,这是受了西方的影响,而它的《客星篇》里记载的又大多数是彗星。《清朝文献通考》中指的客星是与恒星、行星不同的各种星,的总称而不加以区别。史书中的记载虽多,分类不严,但可以肯定,这500多次大部分记的是彗星。

特别是对哈雷彗星的记载,可以说是时代早、连续和完整。早到什么时代呢?有一位波兰天文学家,在50年代曾发表过一篇文章,他说中国对哈雷彗星的记载可以追溯到公元前盟世纪的夏代。但由于资料太少。证据不十分充分,不为多数学者所承认,只算作一家之言吧,现在公认,的是春秋时代鲁文公十四年,也就是公元前613年,对哈雷彗星的记载是世界上最早的。从秦始皇七年,即公元前239年,直到清宣统二年,即公元1910年,它的每次出现,中国的史书上都一次不漏地有记载。这些记载对天文学某些领域的研究是很有用处的。

当然,明、清两代的记载,已无参考价值了,这是因为到了1610年,望远镜已问世,观测记录详尽精密,中国的史书上的记载就显得太粗略了。《清朝文献通考》:“七月己巳,彗星见东北方,白色,尾迹长二尺余,指西南,在井宿北河北。壬申行东北,尾迹长六尺余”(1682年9月15日)。《清朝文献通考》:“二十四年三月甲午,彗星见于虚宿之次,色苍白,尾迹长尺余,指西南,每夜顺行,十余日伏不见。四月戊辰复出,在张宿,体势甚微,向东顺行,至五月初隐伏”(1759年3月13日)。《清朝文献通考》:“道光十五年闰六月十一日彗星见”(1835年11月16日)。《清朝文献通考》:“宣统二年四月初二日寅初初刻,东北方云中彗星出见,尾指西南方。因在云中,未能考测。初五日寅初一刻,东北方见彗星,在外屏之北,尾指西南危宿土公吏之间,测得彗星高四度,正东偏北十五度,嗣于十六日不见。四月十八日戌正三刻,正西偏南柳宿间彗星出见,尾指东南,翼宿名堂之间,测得彗星高二十六度,正西偏南十二度。日渐微,至五月三十日不见”(1910年4月20日)。

在这里也许有人会问,史书中彗星记录那么多,以上抄录的是哈雷彗星记录吗?是的,约在100多年前,中外一些学者曾对我国的彗星记录作过整理、研究和计算,从中选出了哈雷彗星的记录,所以上面抄录的是可靠的。

从这些古代记录中,可以看出,哈雷彗星的轨道是在不断地变化的,这是什么原因呢?虽然很早就知道土星和木星对它有影响,而除此之外呢?在10几年前有人研究了公元295年至1835年间哈雷彗星21次回归的轨道运动,认为它受1颗未知的大行星的引力作用。他们算出了这颗未知的大行星离太阳约为g7亿千米。质量为土星的3倍。这种想法也是有先例的,以前曾发现天王星的运行与计算值不符,由此发现了海王星,随后又以同样的办法发现了冥王星。但是这次就不同了,天文观测始终没有证明这颗新行星的存在。近些年发现彗星的轨道变化是由于所谓非引力的效应造成的。关于这一点,后面还要提到。

特别要提到的是中国科学院紫金山天文台台长张钰哲先生在前些年对哈雷彗星曾作过全面的研究,不仅对哈雷彗星的古代记录作了认真的分析,而且在他的主持下利用电子计算机对哈雷彗星的轨道变化作了全面研究。张钰哲先生对哈雷彗星的研究虽是属天文范畴的,但他研究成果的某些方面也可应用到历史研究中去。例如他从秦以前的彗星记录中又确认了几次是哈雷彗星的记录,根据其中的一次记录为古史中的武王伐纣的年代问题提供了有价值的资料。关于武王伐纣究于何年,史学界一直众说纷纭,难于确定。汉代的刘歆认为是公元前1122年,唐兰先生的《中国古代历史的年代问题》中定为公元前1075年,范文澜先生在《中国通史简编》中定为公元前1066年,章鸿钊先生的《中国古历析疑》中定为公元前1055年,日本学者新城新藏在《周初之年代》中定为公元前1066年,华裔美籍学者彭瓞钧先生认为是公元前1059年。张钰哲先生推算为公元前1056年,这个结果对史学界是很有影响的。

新的彗星命名法

据悉,国际天文学联合会(AU)于1994年8月24日在荷兰海牙举行大会,决定自1995年1月1日起,采用类似小行星的以每半个月为单位按字母顺序排列的彗星命名新办法。

新发现的彗星标志顺序:发现时的年份、发现时那个半月的英文大写字母(以英文字母为序,每半个月固定用一英文字母表示)、以阿拉伯数字顺序排列发现时是该半个月内正式公布发现的第几颗彗星。同时仍保留以发现者姓氏命名的传统作法;但命名最多只取前2名,且天文台数人组成的寻彗小组只取寻名。1995第1颗彗星于1月8日被罗伯特·杰狄克发现,标志为:Cornet P/1995A1(Jedike)。

当发现的新天体的性质被确认后,将在名称前加以区别:小行星被误认为彗星的,加A/;非周期彗星加C/;已消失彗星加D/;周期彗星加P/;若无法计算出该彗星有意义轨道则加X/;如果彗星破碎,则在名字后加-A,-B……,以区分每个碎核。如果彗星被观测到回归,则在P/(或/D)前加上一个由IAU小行星中心给定的序号,以避免该彗星回归时重新标志。例如:1P/1682Q1=1P/Halley=哈雷彗星。以下是几颗较为熟知的周期彗星的标志。

2P/Encke=恩克彗星

6P/d'Arrest=阿雷斯特彗星

8P/Tuttle=塔特尔彗星

9P/Tempel1=坦普尔1号彗星

10P/Templ2=坦普尔2号彗星

9P/Borrelly=博雷林彗星

26P/Grigg-Skiellerup=格里格-斯克杰利厄普彗星

29P/Schwassmann-Wachmannl=施瓦斯曼-瓦赫曼1号彗星

45P/Honda-Mrkos-Pajdusakova=本田-马尔科斯-帕德贾萨科维彗星

55P/Tempel-Tuttle=坦普尔-塔特尔彗星

95P/Chiron=奇隆彗星(另译“卡依伦彗星”)

96P/Maehholzl=麦克霍尔兹1号彗星

107P/Wilson-Harrington=威尔逊-哈林顿彗星

109P/Swift-Tuffle=史威夫特-塔特尔彗星

95P/Chiron被发现于1977年,当时认为是1颗小行星,编号2060。1988年重新认定为彗星。

司空见惯的彗星分裂

彗星破碎似乎已成家常便饭。1994年8月13日凌晨,美国的麦克霍尔兹发现1颗亮度约10等的彗星,临时编号19940。发现后10天,彗星爆发,亮度从10等增至7等。8月28。B后,其他观测者发现该彗星东北方不超过00.8天区内,有4颗暗约11~12等小彗星紧随其运动。轨道计算确认这4颗小彗星是同一彗星碎裂而成。更有趣的是,这小彗星中的1颗,在发现1个多月后亮度增大,甚至超过主核彗星亮度达数天之久。

无独有偶。不多久,美国月亮和行星实验室斯柯特检查10月4日“SpaceWatch”望远镜拍摄的周期彗星哈林顿(P/Harrington,临时编号1994g)的照片时发现,位于13等主核西南23′天区有两个暗至印等的碎核,相距9′。IAU天文电报局长马斯登表示,该彗星可能早在1987年已破碎,因为当时彗星的亮度比预期的还要亮。

1994年6月14日美国东部夏令时晚上8时许,1颗亮达-12等以上的火球快速经过新英格兰上空,窜至加拿大蒙特利尔上空爆炸。数百人目睹了这个火球的突然来临,其爆炸声远在100千米之外仍可听到。“国际流星组织”(IMO)的布朗(P.Brown)报告,爆炸就像地震一样震撼了蒙特利尔地区。据称,这是在加拿大看到的第12次陨石坠落,其规模仅次于发生在,1960年的一次碎片多达700多块,单块最重达31千克的“陨石雨”。

这次陨石坠落后被找到了11块石质陨石,每颗陨石表面都具有典型的高温熔化形成的黑色凝固硬壳。陨石溅落点基本上集中在蒙特利尔东北约80千米的St.Robert附近的一个农场,溅落面方圆大小约10千米。其中最重一块陨石达6.5千克。颇为有趣的是,另一块重约2.3千克的陨石带着嘶嘶声坠地,撞成一个30厘米深的坑,被惊动的牛群围成一圈好奇地凝视着这块躺在坑底冒热气的“天外来客”。

彗星的起源

德国哲学家康德在青年时代用了很多时间探讨自然科学问题,在1755年他31岁时写了《宇宙发展史概论》一书,提出太阳系起源的星云说,其中也谈到彗星的形成问题,他认为彗星是在原始星云的外围形成的。1796年,法国数学力学家拉普拉斯在不知道康德星云说的情况下,在他的著作《宇宙体系论》的附录中,独立地提出了太阳系起源的星云说,但书中未提出彗星形成的问题,在以后(1813~1816年)才专门论述彗星的形成,认为彗星是在恒星际形成的,后被俘获到太阳系里来。

然而,近200年来,对太阳系起源的研究,虽然积累了大量的观测资料以及在理论上作了多方面的探讨,但由于这问题太复杂,涉及的因素太多,尤其是缺乏太阳系形成时期的资料,至今对于这一问题仍是众说纷纭而没有得到解决。

彗星是太阳系的成员之一,显然彗星的起源与太阳系的起源有密切关系。但就彗星起源作为太阳系起源的一个特殊问题而言,也有其自己的观测资料和理论两方面的困难,如彗星的本体——彗核,至今仍不十分清楚。其他一些问题,了解得也不十分透澈。所以现在对彗星起源的理论是多种多样的,这里只能谈一谈一般问题,同时简略地谈一些有代表性的假说和理论。

彗星是什么时候形成的呢?很多人认为,彗星的形成过程早巳完成了,它很可能像太阳系其他成员(行星、卫星和陨石母体等)一样,是在46亿年前形成的。另一些人则认为,彗星的形成完备并没有结束,仍在继续,即有些是早形成,有些是晚形成的,和人类相似,有出生早晚。但这种说法缺乏观测依据,因为至今也没有观测到处于形成过程中的彗星(顺便说一下,处于形成过程中的恒星已观测到了)。这一观测事实对这一说法是很不利的。

彗星是在什么地方形成的?现在对这一问题讨论得较多,大体上有3种看法:在恒星际形成的;在太阳系内的边缘区域形成的;在太阳系的行星区域(小行星带以外)形成的。3种看法的第1种是在太阳系外,后2种是在太阳系内。如果从彗星的轨道看,这3种看法都有可能。具有椭圆轨道的彗星,它绕太阳周而复始地旋转,是太阳系的成员,自然要在太阳系内去寻找它们的起源。而具有抛物线和双曲线轨道的彗星,意味着它们来自遥远的恒星际空间,到太阳系内拜访一下就一去不复返了,它们的起源应在太阳系以外的恒星际空间去寻找。事实上,问题不那么简单,现在的观测结果还证明不了具有抛物线和双曲线轨道的彗星是太阳系以外的。因为现在测定彗星的轨道,一般是根据它离太阳较近的这一段的观测结果,而这一段只占它整个轨道的一小部分,且3种轨道在接近太阳这一段上的差另IJ是不大的。观测一般都有点误差,特别是对偏心率在1左右的轨道形状,就很难决定它是椭圆还是抛物线或是双曲线,另外,行星对它们的摄动经常使轨道改变。所以从观测推算出的轨道并不完全是它原来的轨道。在1957年的彗星轨道表中共有佃颗彗星,其中有283颗的轨道是抛物线,85颗是双曲线。有好几个人证明,这些抛物线和双曲线轨道的彗星,如果把行星对它们摄动考虑在内,它们原来的轨道也是椭圆的。只是离心率接近于1。现在每年发现的彗星中,多数公转周期是在百万年的数量级,偏心率在0.99999。以上说明绝大多数彗星是太阳系内的天体。

彗星由什么物质形成的呢?也有两种看法,一种认为是由非太阳系的(恒星际)物质形成的,另一种认为是由太阳系物质形成的。

认为起源于恒星际的由拉普拉斯首先提出来的,以后又有许多人加以改进和发展。观点是:彗星先在恒星际形成凝聚体,然后被太阳引力俘获到太阳系中来。他们先后考虑到恒星际凝聚体(彗星)相对太阳的速度分布、太阳的运动等因素,然后计算被俘获到太阳系内的轨道分布,再和观测到的情况对比。这在某些方面有些符合。但是近来,有人总结这类计算后得出,椭圆、抛物线和双曲线的相对数目跟计算所取的因素有关,说明计算与观测轨道分布对比不能提供彗星起源于恒星际的证据。但从彗星的物质组成来说,对这个学说确实是有利的。不过,随之又有了问题,即它们在恒星际凝聚的具体过程是什么?这个学说对此没有详细的阐述。另外,恒星际的物质极其稀疏,没有条件形成凝聚体。又有人说,彗星是在星际云中形成的。如果是,那么该星际云是否也形成恒星和行星呢?假如形成恒星和行星,就等于说彗星是太阳系外的行星系产物。假如这星际云不形成恒星和行星,那为什么又只单单形成彗星呢?虽然现在不能完全排除彗星形成于恒星际的可能性,但也很难得到公认。英国天文学家里特顿也主张彗星由恒星际物质形成的,但不是在恒星际,而是在太阳系内,即太阳系在运动中通过恒星际,恒星际物质或说是宇宙尘埃在太阳引力的作用下,使一些质点运动,它们的轨道是以太阳为焦点的双曲线。它们的轨道在太阳运动的后方交叉,发生碰撞结合,结合的团块成为彗星。碰撞中消耗掉部分动能,最后结果使轨道成为抛物线和椭圆。也有人对此理论有所发展。从理论上说这种俘获是可能的,但问题在于碰撞时动能变为热能,会使挥发物蒸发,从而难以解,释有些彗星含有丰富的挥发物形成那么大的彗尾。

认为是由太阳系物质形成的说法又分为两种观点,一种说原始太阳星云中的物质先形成行星,残余的物质后来又形成了彗星;一种说由行星或卫星抛出的物质形成了彗星。哪一种说法合理些呢?这应由彗星的物质组成来判别。观测表明,彗星含有丰富的挥发物,水冰和二氧化碳冰,这表明它们是在低温条件下形成的。这一结果对上述观点不利,对里特顿的主张也不利,反而对彗星是在恒星际形成的观点有利。这是否意味着彗星是由太阳系物质形成的说法是不对的呢?也不能;因为现在对彗星(尤其是彗核)的化学组成尚缺乏准确的资料,而原始太阳星云的化学元素的相对含量(丰度)和恒星际物质的丰度基本相同,这就使问题复杂化了。

彗星形成的过程又是怎样进行的?也有多种看法。

奥尔特和斯特龙格林的看法,是在1950年提出来的。他们认为,在太阳系里有一个原云,其半径约为15万个天文单位,从原云物质直接形成彗星,并以各种轨道形式运行着。这原云称“奥尔特云”或称“彗星云”。把原云里彗星称作“原始彗星”,这些原始彗星运动的速度和方向对太阳是任意分布的。离太阳很远处在原云中所产生的彗星;在接近太阳以前,要经历漫长的太空旅行,这期间恒星对它们是有影响的。奥尔特考虑到了这一因素,他规定奥尔特云的半径是15万个天文单位,因为离太阳最近的恒星离太阳是30万个天文单位。在这个范围内,恒星的摄动一方面不使脱离太阳系的彗星数目过多,另一方面可足以使某些彗星改变速度和方向,这样就能源源不惭地向临近太阳的区域补充。这一点和观测是符合的。他们还认为,由于彗星的物质组成和太阳系的物质组成是一致的,所以彗星的形成与太阳系的形成有直接的联系,应把彗星看成是收缩的太阳星云凝聚的自然产物。

以上从彗星的轨道和物质组成的两个方面考虑,奥尔特的说法还是能使人信服的。而形成彗星的时间问题,现在意见还不一致,有的说彗星和行星是从原云中同时凝聚成的;有的则认为彗星是在行星形成以前或以后在太阳周围很大的气体体积内凝聚成的。究竟哪一种意见正确,尚待以后进一步研究。

在卡米隆的太阳系起源学说中,认为原始太阳星云的质量很大,它在又自转又收缩中形成星云盘,盘的半径和质量都很大,但有90%的盘物质留在了海王星轨道以外几百个天文单位的低温区,而其中大部分又散失到恒星际空间去了,余下的物质形成了大量的彗星,其中有些逃出了太阳系,有的进入了奥尔特云。但是这说法也有不少人持有异议,即一个星云盘为什么大部分质量散失到恒星际空间去?

惠普尔认为,在海王星轨道以内,离太阳40~50个天文单位处,那里星云盘的温度低,物质可凝聚成含有丰富冰的星子——彗星,形成一个彗星环带,估计彗星环的质量为地球质量的十分之一。在土星以外的星云盘,可聚集成星子——小彗体,大部分小彗体聚集到天王星和海王星上,另一部分小彗体可聚成彗星,它们在天王星和海王星的引力摄动下,有的进入太阳系内部,有的进入奥尔特云或逃离太阳系。

我国已故天文学家戴文赛教授的太阳系起源学说认为在离太阳40个天文单位以外的边界区域,物质极为稀疏。虽然戴教授尚未论及彗星的起源,但笔者根据他的观点曾证明星云盘的边界区不足以形成彗体,因而不会有惠普尔所提出的在40~50天文单位处有彗星环带。但从木星到海王星这一区域的物质都可聚集成含冰的星子,土星、天王星和海王星都是这样的冰星子聚集成的。这几颗行星形成后还残留不少冰星子(冥王星就是残留的大星子演变来的),它们有的成为彗星,在受这几颗行星的摄动后,改变了轨道,有的进入了太阳系的内部区域再受木星的摄动变为短周期彗星,有的走进了奥尔特云甚至进入恒星际空间。由于彗星是在土星区(或许包括部分木星区)到海王星区的广阔范围内形成的,不同部位的环境和条件是不同的,可以导致各彗星的结构和性质的差异。

根据离太阳越远原云的密度越低这个事实,奥尔特后来把他的理论也修改了一些,认为彗星是在行星区域内形成的,然后被行星摄动排走,就成了长周期彗星。可是有不少人不同意他这个看法,因为彗星被行星排走虽然是可能的,但在数量上不可能有那么多。以后,奥尔特又提出,彗星和小行星有共同的起源,都是某颗大行星破裂后的碎块。这样,彗核显然应是石块组成的,可是这与惠普尔的“脏雪球模型”理论发生了冲突,后来奥尔特又放弃了这一看法。

1957年后,弗仑登曾把小行星起源的假说推广到彗星的起源上,认为在1000万年以前,在火星和木星之间曾有1颗大行星,质量约为地球的100倍,所含成分类似木星,以一种神密的方式破碎了,形成了小行星,同时也形成了彗星。这种说法可以解释两个观测事实。一个是第一次进入太阳系内部的周期彗星为什么周期在千万年的数量级;再一个可以解释长周期彗星逆行轨道比顺行轨道多,因为行星破碎后被抛出碎块各种方向都有,逆行轨道和顺行轨道应大致相等。由于行星是顺行的,对顺行彗星的摄动会使它加速,可能使其中的一些逃出太阳系,而对逆行彗星的摄动会使它减速,所以现在观测到的长周期彗星逆行的居多。但是这个说法的前提条件,即那颗未知的大行星是否真的有过,根本得不到证明,另外,行星破碎后产生彗星的过程又是如何,也没有详细论述,所以现在对于这种看法还是有异议的。

还有认为彗星是由行星爆发抛出的物质形成的。这是在1814年由拉格朗日首先提出的,以后又得到了一些发展。前苏联的彗星专家符谢斯亚特斯基从1960年以来一直坚持这种看法,认为彗星是行星上火山爆发所形成的。就是在前苏联也有不少人对这看法提出了批评。例如,假设木星族彗星是由木星的爆发而形成,只要它的抛出速度有每秒印千米可绕太阳旋转,但要把彗星抛进遥远的奥尔特云中去,木星没有条件给彗星这么大的能量,后来又改为是卫星的爆发,同样,能量还是得不到解决。

也有人认为可能是损石撞击木星的冰卫星抛出的冰块形成了彗星。的确,木星的冰卫星上有不少陨石坑,但是严重的撞击时期是在39亿年前,这样撞击抛出的冰如真能形成彗星,它们的寿命早应结束了,对于今天存在的彗星就无法解释。

以上对彗星起源的假说已不少了,但都不是完整的。每种假说对几种现象可解释,但对另外几种现象就解释不通,顾此失彼。由此可见,这一问题是十分困难的。

彗星的分裂现象

彗星的分裂也是彗星演化过程中的一个重要现象。这种现象虽不多见,但也有几例。

我国古籍中对这一现象已有记载,《新唐书·天文志》中有:“唐昭宗乾宁三年十月有客星三,一大二小,在虚、危间,乍合乍离,相随东行,状如门。经三日而二小星先没,其大星没虚、危”。乾宁三年即公元8跖年。古书中的“客星”有时指的是新星(原来看不到,突然爆发而变亮的恒星,能被看到了,叫新星),有时指的是彗星,这里指的是彗星。虚、危是我国古代的星座名称,相当于西洋星座的宝瓶座和飞马座的一部分。这段话的意思是说在公元896年,有一颗大彗星和两颗小彗星出现在宝瓶座和飞马座,一起向东移动,它们之间有时近些,有时远些,看起来好像在打架一样,隔了3天,两颗小的先看不见了,随后大的也在宝瓶座消失了。这应是一颗彗星的分裂,只是在分裂前较暗,没有被看到。

希腊历史学家也记载过公元前372年冬季的一次彗星分裂。而近代记载彗星分裂最有趣的一次是比拉彗星的分裂。这颗彗星在1772年3月8日和1805年11月9日都被观测到了,但没有注意到这两次的出现是同一颗彗星。1826年2月Z7日它又出现了,奥地利的天文爱好者比拉发现了它,因而叫做比拉彗星,它的周期是6.6年。将地球、木星和土星对比拉彗星的摄动计算进去以后,算出它应在1832年11月26日过日点,结果它比计算的时间早12小时。再一次回归应在1839年,但这次的视位置离太阳太近,没有观测到它。1846年2月11日比拉彗星再次过近日点,而在1845年11月已可以看到了,发现彗核有两个突出部分。1846年1月,它与太阳相距4.7天文单位时,出现了异常,比拉彗星分裂成两颗。分出的部分最初又小又暗,不久越来越亮,这两颗彗星都有各自的彗核和彗发。它们之间的距离慢慢加大,到2月10日,相距为240万千米。比拉彗星的分裂曾轰动一时。1859年回归时,也因视位置离太阳太近,没有观测到,只好等1865年的回归了。到了1865年,很多天文台做了观测准备,事先把它的位置计算得很精确,可惜到时并没有看到它的踪迹,而且从此以后再也见不到它了。1872年11月27日,地球正好穿过原比拉彗星的轨道,惊奇的事情发生了,天空出现一阵灿烂的流星雨,像节日焰火一样,极为壮观。流星雨从这天的19时开始到第二天早晨才停止,极盛时在21时。有人估计,流星总数在16万颗左右。流星雨的辐射点在仙女府了星附近。

这一阵流星雨是从哪里来的呢?这是因为比拉彗星已经碎裂了,无数的碎粒沿轨道散布开来,当地球穿过比拉彗星轨道时,碎粒进入地球大气层,形成了流星雨。自1846年比拉彗星分裂以后,一部分碎粒分布在原来彗头位置的前后。1885年11月27日,地球又经过了比拉彗星的轨,道,流星雨又发生了,5个小时内有4万颗流星出现。

根据观测记录,在1798年、1830年、1838年仙女座已出现过小规模的流星雨,可知在比拉彗星前5亿千米处已分布有碎粒了;由1872年仙女座出现的流星雨可知在比拉彗星后3亿千米处也分布有碎粒。即碎粒沿彗星轨道分布约有8亿千米。可知比拉彗星是逐步碎裂的,在彗核分裂前就已经有碎粒分布在轨道上了。

从1885年以后,没有再看到较大的仙女座流星雨,但每年11月27日,总有一些流星从仙女座射出,而且逐年变弱,由此可推知比拉彗星的碎粒是逐渐地、均匀地散布在轨道上了,这些碎粒也可以说是彗星死亡后残存的尸骨吧!

布罗尔森彗星(18681)在1868年5月14日出现4个慧核,它的周期是5.4年,自1879年后就没有看见过它,可能像比拉彗星一样,碎裂了。18601彗星在1860年2月27日,在主体彗星后面跟随着一个暗的气团,3月11日主彗星分裂成两个,只能观测3天,3月14日以后,就不能观测了。因为它的轨道是抛物线,以后的情况就不知道了。布鲁克斯彗星(1898V)曾分裂为5个。沃特南彗星(1957 Ⅵ)在1957年5月1日出现两个彗核,主彗核与第二彗核的亮度分别为13等和16等,角距为8″.5,到1959年中,角距增大的30″,亮度分别为19等和20等。1945年,南非天文学家蒂道发现1颗短周期彗星,公转周期为5.18年,后来去向不明。1982年2月5日,澳大利亚的哈特莱发现了两颗彗星,1982b和1982c。它们之间的角距不到1°,移动方向平行,其轨道与蒂道发现的那颗极相似,哈特莱认为这两颗就是蒂道发现的那颗分裂的,但不知什么时候分裂的。彗星分裂后,移动方向平行,这种现象十分罕见。

相比之下,掠日彗星要比其他彗星容易分裂,因它们的近日点离太阳太近。太阳给它们潮汐力太大,促使彗核分裂。如1965Ⅷ彗星,在1965年10月20日过近日点,两星期后分裂成3个彗星。

彗星的分裂,开始时分裂成几个,以后分裂的块数越来越多,成为碎粒。这些碎粒逐渐分布在轨道上,这时它就不再是彗星了,也可以说它“死亡”了。

彗星的寿命

所谓彗星的“寿命?就是它可以独立存在多久,这有两种含义。一种是轨道动力学的寿命,如某些周期彗星受大行星的摄动及非引力效应而改变了轨道,有可能变成抛物线或双曲线轨道而飞出太阳系,有的就可能改变轨道后和小行星或大行星相遇,碰撞后结束了它的一生,对于这种不必详述。另一种是从彗星损耗物质方面来谈寿命。”

彗星的显著特征是当它飞近太阳时受到太阳辐射加热而释放出大量的气体和尘埃所形成的彗尾。彗核释放出的物质离开彗尾飘逸到行星际空间去了。由于不断地释放以补充飘逸掉的物质,才能维持彗尾的存在,所以彗星每飞近太阳一次总是要消耗许多物质,彗星的寿命是有限的。

以哈雷彗星为例,它的彗核平均每秒消耗1吨物质(按整个周期平均计算是每秒消耗1吨物质,如以飞近太阳韵10个月计算,则是每秒消耗100吨物质),每经过76年约减少20亿吨物质,而它的原始质1113量为10~10吨,因此它只能维持50至5000个周期,也就是说哈雷彗星的寿命是3800年至38万年。至今已知的9颗周期彗星中,出现次数最多的是恩克彗星,从1786年第一次发现它至今已绕太阳近印次了。以后它还能绕太阳多少次呢?有人预言,它将在21世纪消失不见,但也有人根据它现在发射气体的能力不减弱,认为还会长期存在下去。

一般说来,彗星每过近日点一次,要损失掉千分之几的物质,所以它们的平均寿命只有几百到几千个公转周期。

彗星的瓦解和流星群

所谓彗星的寿命结束了,也就是彗核中所有气体以及尘埃一次一次地蒸发完了,彗核也松散了,这时的彗星极易破碎,也就不再是彗星了,也可以说彗星毁灭了或瓦解彗星瓦解崩溃后,一部分在太阳系中形成了流星群,慢慢地分布在整个彗星轨道上,最后成了椭圆形的流星群环。另一部分N0可能被抛出太阳系以外。

每天夜里,我们总可以看到几个流星,这叫做偶发流星,没有什么规律。而流星群则是有周期性的,每年在一定的日子里出现。如把它们在天空中划过的轨迹向后延长,会大致聚于一步,这一点叫辐射点。流星群是以辐射点所在的星座命名的,如天琴座流星群,狮子座流星群,金牛座流星群等。

偶发流星在天空中是毫无关联地飞过,而有周期性的流星群,每次和地球相遇的时候,能看到很多流星,有时多得像“下雨”一样,成为“流星雨”。流星雨总是在每年的某些固定的日子里出现,这表示地球每年在自己的轨道上的同一点和流星群相遇。每年类似的相遇是因为流星群在其轨道上绕太阳运行,这个轨道和地球轨道相交于一点,如流星体是较均匀地分布于整个轨道之上,形成一个连续的椭圆环,地球每年在固定日期与这个环相遇,就出现较多的流星。如果流星体不是均匀地分布在轨道上,而是在某个较小的范围内密集,地球就不是每年都和这密集部分相遇,这就要看流星群的情况,才能决定相遇的周期。如狮子座流星群要每隔33年或34年才能和地球相遇一次。

为什么认为彗星崩溃后形成流星呢?

理由之一是从彗星和流星群的轨道关系考虑的。

19世纪,已清楚了某些流星群的轨道和某些彗星的轨道是一致的,而彗星又是不断地瓦解的。所以彗星与流星群的关系就是很显然的了。当然,并不是所有的流星群与彗星都有关系。

彗星的形态

我国古代对彗星形态的描绘是奇形怪状的,像马王堆出土的“彗星图”那样。这在国外也有类似的描绘,但这些描绘都不是真实的形态。在照相术发明以后,对彗星形态的记录才是真实的。

1颗完整的彗星可分为两个主要部分:彗头和彗尾。

彗头是由彗核和彗发组成的,彗核在彗头的中央,呈恒星状小斑点,彗发是彗核周围云雾状的大气,大致呈球形而且没有显著的边界。

1970年以来,世界各国发射了许多探空火箭、人造卫星和宇宙飞船对彗星进行近距离的探测,获得了丰富的观测资料。因而又发现了彗头的结构还有新的组成部分。即在彗发的外面还包围着由氢原子组成的巨云,称为“彗云”或“氢云”,也有称它为“氢(H)彗发”的。现在就应当说彗头的组成部分是:彗核、彗发和彗云三个部分。从这里我们可以看出,在天文观测中,新技术的应用是至关重要的,它能扩大人们的眼界,发现新的问题,把科研工作推向更高的阶段。

1颗彗星在运行过程中,形态不断变化。它离太阳远时,从望远镜中看到的是一个朦胧的云雾状斑点,中间亮,边缘模糊,容易和星云混淆,只能从它和恒星之间有没有相对运动来判断它是不是彗星。当彗星离太阳4个天文单位时,就有彗发了,离太阳约1.5天文单位时,彗发最大,这时一般已能看到彗尾了,当离太阳再近,彗尾增长很快,而彗发反而缩小了。当彗星过了近日点后远离太阳时,形态变化和接近时相反。

以上只是对多数彗星而言,实际上彗星的形态是多种多样,有较大的差别,有的彗星并没有发育的彗发和彗尾,例如,运行在火星和木星轨道之间的奥特姆彗星(1942Ⅶ),除了有点云雾状彗发外,没有彗尾,和小行星难于区别,而运行在木星和土星轨道之间的施瓦斯曼-瓦赫曼彗星(1925 Ⅱ),不仅没有彗尾,甚至彗发也很不发育,简直和恒星差不多。

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