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第12章 彗星

拖着一条长尾巴畅游宇宙

彗星,或称扫帚星,是一种天体,由太阳系外围行星形成后所剩余的物质(如冰冻的气体、冰块、尘埃)组成。彗星质量很小,只有地球质量的几千亿分之一,通常沿着扁平的轨道围绕太阳运行。绕行一周所需的时间由几年至几百万年不等。部分科学家认为研究彗星可能可以揭露生命源起的秘密。

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”。一般彗星是由彗头和彗尾两大部分组成。彗头又包括彗核和彗发两部分。自1920年探空火箭、人造卫星和宇宙飞船对彗星近距离的探测,又发现有的彗星在彗发的外面被一层由氢原子组成的巨云所包围,人们称为“彗云”或“氢云”。这样我们就可以说彗头实际是由彗核、彗发和彗云组成的。彗核是彗星最中心、最本质、最主要的部分。一般认为是固体,由石块、铁、尘埃及氨、甲烷、冰块组成。彗核直径很小,有几千米至十几千米,最小的只有几百米。彗发是彗核周围由气体和尘埃组成星球状的雾状物,半径可达几十万千米,平均密度小于地球大气密度的十亿亿分之一。通过光谱和射电观测发现,彗发中气体的主要成份是中性分子和原子,其中有氢、羟基、氧、硫、碳、一氧化碳、氨基、氰、纳等,还发现有比较复杂的氰化氢和甲基氰等化合物。这些气体以平均1~3千米/秒的速度从中心向外流出。彗云,在彗发外由氢原子组成的云,人们又称为氢云。直径可达100~1000万千米,但是有的彗星就没有彗云。根据彗头的形状和组成特点,可分为“无发彗头”、球茎形彗头、锚状彗头等等。彗尾是在彗星接近太阳大约3亿千米开始出现,逐渐由小变大变长。当彗星过近日点(即彗星走到距太阳最近的一点)后远离太阳时,彗尾又逐渐变小,直至没有。彗尾的方向一般总是背着太阳延伸的,当彗星接近太阳时,彗尾是拖在后边,当彗星离开太阳远走时,彗尾又成为前导。彗尾的体积很大,但物质却很稀薄。彗尾的长度、宽度也有很大差别,一般彗尾长在1000万~1.5亿千米之间,有的长得让人吃惊,可以横过半个天空,如1842Ⅰ型彗星的彗尾长达3.2亿千米,可以从太阳伸到火星轨道。一般彗尾宽在6000~8000千米之间,最宽达2400万千米,最窄只有2000千米。根据彗尾的形状和受太阳斥力的大小,彗尾分为二大类。一类为“离子彗尾”由离子气体组成,如一氧化碳、氢、二氧化碳、碳、氢基和其他电离的分子。这类彗尾比较直,细而长,因此又称为“气体彗尾”或Ⅰ型彗尾。另一类为“尘埃彗尾”,是由微尘组成,呈黄色,是在太阳光子的辐射压力下推斥微尘而形成。彗尾是弯曲的,弯曲较大,较宽的又称为Ⅱ型彗尾;弯曲程序最大,又短又宽的又称为Ⅲ型彗尾。此外还有一种叫“反常彗尾”,彗尾是朝向太阳系方向延伸的扇状或长钉状。一般一颗彗有两条以上的不同类型彗尾。

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轨道很不相同,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太阳系;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,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。

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!

哈雷彗星

哈雷彗星,第一颗经推算预言必将重新出现而得到证实的著名大彗星。当它在1682年出现后,英国天文学家哈雷注意到它的轨道与1607年和1531年出现的彗星轨道相似,认为是同一颗彗星的三次出现,并预言它将在1758年底或1759年初再度出现。虽然哈雷死于1742年,没能看到它的重新出现,但在1759年它果然又回来,这是天文学史上一个惊人成就。这颗彗星因而命名为哈雷彗星。它的公转周期为76年,近日距为8800万千米,远日距为53亿千米,轨道偏心率为0.967.

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