一提到 彗星 ,人們的腦海中就會自然而然的浮現出這樣的圖像︰拖著一根長長的,猶如掃帚一般的尾巴,發著白色的光芒,沿著一條奇怪的軌跡劃過天際。當然了,隨著天文知識的普及,人們大多能夠比較準確地了解彗星的性質,並且僅僅把它當作一種特殊的天文現象來進行觀測了。而在我國的古代,彗星卻享有一種奇特的地位。孛星、星孛、妖星、異星、蓬星、長星,這些都曾經是我國古書上所記載的彗星的名稱。從這些名字我們就不難看出,古時之中國人對彗星並不友善,在他們的眼中,這種奇形怪狀,偶爾現于天際的古怪星體乃是不祥之兆,會給人間帶來災禍的。彗星一旦出現,便是大災大難的前兆。至于民間流傳的所謂不吉利的“掃帚星”,也正是由形似掃帚的彗星演變而來。這一種原本很正常的天文現象,由于自然科學知識的貧乏,卻在古代中國人心目中烙下了恐懼的烙印。
從古至今,彗星一直充滿了神秘的色彩
古人認為彗星是定期來地球作惡的魔鬼,對它萬分恐懼
1.太陽系的不速之客
西方人對于彗星的看法也未見得要高明多少。自亞里士多德起,長達千年的時間里,西方人一直認為彗星不過是一種大氣中的燃燒現象,故而日心說的創始人波蘭科學家哥白尼也認為“希臘人所謂的彗星,誕生在高層大氣”。一直到了16世紀末期,丹麥科學家第谷才首次通過觀測證明1577年的大彗星比月球遠得多,這樣才算是為彗星驗明了正身。這之後,科學家和業余天文愛好者們不斷的探索出彗星的種種特性,以往一直籠罩在彗星身上的神秘的面紗終于揭開。人們陸陸續續觀測發現了1600余顆大大小小的彗星,然而,這僅僅是佔彗星家族的滄海一粟而已。由于彗星本身的光芒較弱,它們只有在離我們相當近的地方才有可能被觀測到,而一旦它們遠離了太陽,就不能被人們看到了。據估算,單太陽系內的彗星數量就達到了1700萬顆之多,這些彗星大多分布在太陽系的外部。
在所有已觀測到的彗星當中,最出名的無疑是哈雷彗星。這顆彗星是人類歷史上第一顆先通過計算確定其存在,然後再經由觀測證實的彗星。17世紀時,英國天文學家哈雷通過計算1682年出現的一顆大彗星的軌道,發現這顆彗星與天文資料記載中曾于1607和1531年出現的彗星有著相似的軌道。他通過反復的計算推測,斷言這是同一顆彗星的三次回歸,並預言它將遵循76年一現的周期,在1758年底或1759年初會再次出現。雖然哈雷最終逝世于1742年而未能親自見到,但這顆彗星果然在1759年出現了並被哈雷身後的科學家所觀測到。因而,為了紀念哈雷這一偉大的計算成果,這顆彗星被命名為“哈雷彗星”。哈雷彗星在我國歷史上也有過十分豐富的記錄,從春秋戰國時代開始的二千多年間,它的每次回歸,我國史書中都有過準確的記載。這其中,《春秋》所記載的魯文公14年(公元前613年)“秋七月,有星孛入于北斗”,是世界上關于哈雷彗星的最早記錄。
隨著科技水平的不斷進步,人類對彗星的了解也越來越深入了,無論形態、運動方式、物理特性還是運行軌道,都逐漸為人們所掌握。首先,彗星既不是災星,也不是什麼燃燒現象,而是一種軌道較扁的星體,某些在橢圓軌道上按一定周期繞太陽運行,某些則只是在太陽系內露個臉便匆匆離去。從形態而言,彗星的與眾不同之處在于它的大小和形態是隨其離太陽的距離而變化的,不象其它天體那樣有著固定的大小。
我們肉眼所能見到的彗星一般分成三個部分︰彗核、彗發和彗尾。遠離太陽時,彗星看上去只是一個朦朧的星狀亮斑,這個亮斑被稱為彗頭。彗頭是由中心部分較亮的彗核和外圍的雲霧狀包層組成,這一包層則被稱之為彗發。而隨著與太陽的距離越來越近,彗頭的形狀也在逐漸改變,彗發變得越來越大,越來越亮。當彗星來到火星軌道附近時,由于受到更強的太陽輻射,從彗核蒸發出的物質逾加增多,這些蒸發物在太陽的輻射壓力和太陽風的作用之下,被“吹”向背著太陽的方向,形成肉眼可見的著名的“彗尾”現象。彗星越走近太陽,彗尾就越長。過了近日點後,彗星漸漸遠離太陽,其形態的改變則與接近太陽時相反。
1910年5月,哈雷彗星回歸,當它從太陽和地球之間通過時,離地球只有2400千米,而它長長的彗尾足有2億公里。當彗尾掃過地球時,曾有許多人驚惶失措,以為世界末日即將到來,而實際上,當會為最終掃過地球之後,地球上並沒有發現任何特殊現象或者災禍。這充分說明了,彗發與彗尾所含的物質是極其稀薄的。事實上,彗星物質的絕大部分都集中于不大的固態彗核中,彗發和彗尾的物質歸根結底也是由于彗核的蒸發而產生的,因此可以說,彗核是彗星的本體。根據觀測資料的表明,大多數彗星的彗核直徑在幾百米到十幾千米的範圍,其性質類似于一個不規則的扁球。彗核主要由冰物質(水冰、二氧化碳冰等)和塵埃物質組成,密度相當小,內部存在較多的空隙,物質分布呈大體均勻,局部不均勻。
哈雷彗星,攝于1908年
彗發是由慧核蒸發而形成的,其成分包含了塵埃和大量由碳、氫、氧、氮等成份組成的各種原子、離子以及分子。彗發的物質密度在內部比較密,而越遠離彗核,密度就越小。一般而言,當彗星遠離太陽4個天文單位之前,彗發的生成非常少或者完全沒有。到了離太陽大約3個天文單位的時候,彗發開始生成,並且越來越大,越來越亮;到距離兩個天文單位時開始產生彗尾,離太陽越近,彗尾越長越亮,最長時可超過一億公里。彗尾的主要成分也為塵埃,通常稱之為彗星塵。當然,並非所有的彗星都有比較顯眼的彗尾的,某些軌道較為特殊的彗星可能並沒有很醒目的彗尾。
除了形態與眾不同之外,彗星的軌道也充滿了特色。和一般行星的公轉軌道不同,彗星的軌道通常是長而扁的橢圓形,此外還有拋物線和雙曲線等等形態。由于軌道的特殊性,導致這些彗星的公轉周期相當之長,可以達到幾百年甚至上萬年。某些則干脆就只是太陽系的一個匆匆過客,離開了就再也不會回來了。這也給人們觀測彗星帶來了不少困難。某些時候,錯過了一次觀測機會,就有可能要等上上萬年才能再睹這顆彗星的芳容。類似于哈雷彗星這樣76年一會的,已經可以算得上是常客了。
人類第一次近距離觀測彗星,由1985年NASA的探測器“國際彗星探險者號”完成。這個探測器原本打算對太陽進行觀測,後來才改道考察彗星。
在1986年的彗星探測熱潮中,前甦聯和日本各發射了兩個彗星探測器。但ESA的“喬托”號探測器成功接近了哈雷彗星。這個探測器飛到了距離哈雷彗星彗核不到600千米的地方,冒著被彗星散發出的塵埃粒子擊毀的危險,成功地拍下了哈雷彗星花生形狀般彗核的照片。
1999年2月,NASA發射了星塵號彗星探測器。2004年1月初,星塵號成功地在距離Wild-2彗星150公里的地方收集到彗核發出的物質,並將于2006年1月帶著采集到的樣品返回地面。
NASA的另一個彗星探測器“深空撞擊號”(Deep Impact)也將于2004年底升空。這個探測器將把一個小的探測器投向Tempel-1彗星,在其表面撞出一個大坑,借此機會研究彗核的組成。