顆彗星很可能就是我們熟知的哈雷彗星

顆彗星很可能就是我們熟知的哈雷彗星

在義大利的斯科洛文尼教堂收藏了由文藝復興早期的藝術家喬托所畫的一組宏偉壁畫。而在眾多壁畫中，《博士來朝》卻因為其在天文學上別樣的意義而備受矚目。這幅畫描繪了一顆耀眼的彗星掠過耶穌誕生時的場景，就像上帝送給耶穌的「彈幕」祝福。根據喬托作畫時間推算，這顆彗星很可能就是我們熟知的哈雷彗星。

古希臘和古代中國文明的證據表明，至少在這位義大利人開始觀測的兩千年前，人們就已經在觀測和欣賞彗星了。亞里士多德甚至試圖探究彗星的本質，並將其解釋為上層大氣中的一種現象，乾燥、炎熱的物質會在那裡燃燒。

而相比於古代，我們對彗星的研究已經取得了很大進展。最新的研究告訴我們，彗星是冷的，並沒有任何東西在燃燒，當它們接近太陽時，彗星上的揮發物質會轉化為氣態蒸氣或者液態水。它們行進時拖出長長的彗尾，就像劃破天際的一道「彈幕」。在古人眼中，這道彈幕可能蘊含著戰爭與災難的噩兆，亦或是聖人誕生的祥瑞。

在歷史上，彗星中的佼佼者發出的光芒甚至能超過夜晚的月亮，它們突如其來，又轉瞬即逝，成為夜空中最亮的星星。歷史上最明亮的是Kirch彗星，1680年12月18日通過近日點的那幾天，亮度簡直讓人不敢相信，「視亮度」一度達-18等，比滿月的光還亮100倍，在白天中午太陽附近方向也能看到它。

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長發彗星的內核

彗星源於被稱為散盤的遙遠區域，跨越了柯伊伯帶和位於太陽系外部區域的奧爾特雲。彗星也存在於其他恆星系，但這裡我們的重點將放在那些我們了解最多、源於太陽系的彗星。

彗星的彗核由水冰、灰塵、卵石狀岩石和包括二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨的冷凍氣體組成。彗星豐富的揮發物在經過太陽時會形成明顯的尾巴。彗星起源於太陽系外部區域，在那裡，水和甲烷仍然處於寒冷和冰凍狀態。在這些遠離太陽的非常寒冷的區域，冰不能轉變為氣態。當彗星經過內太陽系時，它們接收到更多太陽熱量時，彗星里揮發性的物質蒸發，和灰塵一起，在彗核的周圍形成一個被叫作彗發的大氣。

這一圈大氣比彗核大很多，跨越數千甚至數百萬公里，有時甚至會增長到太陽的大小。較大尺寸的塵埃顆粒會留在彗發中，而較輕的塵埃則被太陽的輻射和帶電粒子的輻射推送至彗星尾部。彗星包括彗發、它圍繞著的彗核以及吹散的尾巴。

流星雨是由彗星在其身後留下的固態碎片形成的，它也是彗星的壯觀證據。在一顆彗星穿越過地球軌道之後，一些被拋出的物質會出現地球的軌道上。然後地球會定期經過這些碎片，從而創造出非常壯觀的周期性流星雨，就像一群熊孩子在夜空發射彈幕雨。

不過，大部分彗星都非常的暗，但那些諸如哈雷彗星一樣不用望遠鏡都可以看到的明亮彗星，也許會時不時地經過地球附近。圍繞太陽運動時，彗星的明亮離子尾巴和分離的塵埃尾巴通常會指向不同的方向。這些明亮的塵埃和氣體的痕迹是彗星名字的由來，這個源自希臘的詞語意思為「留著長頭髮」。塵埃彗尾一般遵循彗星的路徑，而離子彗尾指向遠離太陽的方向。當太陽的紫外輻射撞擊彗發的時候形成離子彗尾，將電子從一些原子中撕離。這些電離粒子在所謂的磁層中會形成磁場。

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彗星的起源和分布

太陽彗星圍繞太陽運動，它們的軌跡實際上是一個拉長的橢圓。根據繞太陽一周所需要的旅行時間，彗星分為短周期和長周期兩種類型。區分短周期和長周期的分界線被定為200年，但總的說來周期從幾年到幾百萬年不等。其中靠里的區域產生了短周期彗星，該區域被稱為柯伊伯帶和散盤；而更靠外的區域則是假設的奧爾特雲，產生長周期彗星。

曾經位於柯伊伯帶內的天體，有可能是很多我們觀察到的彗星的前身，或者至少與這些彗星有關。柯伊伯帶內的軌道是穩定的，因此彗星不是源自於那裡。柯伊伯帶的永久居民不會向太陽靠近。相反，短周期彗星是從散盤產生的，散盤是一個相對空曠的包含冰狀的小行星的區域，與柯伊伯帶重疊，但是延伸得更遠，距離太陽一直到100天文單位或者更遠的地方。散盤包含的天體的軌道會受海王星擾動而變得不穩定。

散盤天體與柯伊伯帶天體的差別在於，前者的天體軌道更長更扁，傾角也更大，最高達到約30°。同時，散盤天體也更不穩定。即使那些最大軌道非常遠離海王星的天體，當它們的軌道足夠接近海王星時，就會受到其引力場的影響。這就是為什麼海王星的影響有時能將散盤天體發送到內太陽系裡面。在那裡，這些天體被加熱，釋放出氣體和塵埃，從而被識別為彗星。

散盤是短周期彗星的儲備庫，而奧爾特雲則是長周期彗星的假定源頭，是一個巨大的球狀分布的由冰冷微行星構成的「雲」，也許包含一萬億小的行星。奧爾特雲是以荷蘭天文學家簡·奧爾特的名字命名的。

因為彗星的軌道是不穩定的，所以行星的擾動會導致它們最終與太陽或某顆行星碰撞，或者被完全送出太陽系。此外，在彗星消失之前不可能永遠持續擴散氣體，彗星因為太多次靠近太陽飛過，就會失去活力，不再產生氣體。奧爾特的假設是，我們現在所說的奧爾特雲補充了新鮮彗星的供應，因此今天仍然可以觀察到這些新的彗星。

到奧爾特雲的可能距離是非常遠的。科學家們把太陽跟地球的平均距離定為1個天文單位。作為最遙遠的行星，海王星到太陽的距離是30天文單位。天文學家認為，奧爾特雲與太陽的距離或許從接近1000天文單位延伸直到超過50000天文單位，比我們迄今考慮過的任何天體都要遠很多。從奧爾特雲發出的光幾乎需要一年時間才能到達地球。

在太陽系遙遠邊緣的物體有著微弱的引力束縛能，這能夠解釋為什麼它們很容易受小引力的擾動影響，從而導致我們可以觀察到彗星。輕輕的擾動就可以將它們推出原來的軌道，進入內太陽系，從而產生長周期彗星。當某個行星進一步改變了它們向內的軌跡，對這些弱束縛物體的擾動就可能導致產生短周期彗星。

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理論物理大師麗莎·蘭道爾宇宙三部曲

2016年歲末之交，湛廬文化重磅推出「科學素養」書系（Scientific Literacy Series）。我們引進了近20位科學大師的前沿作品，更彙集了國內外最優秀、最頂尖的科學家，成立了以「嫦娥之父」歐陽自遠院士為主席的「科學素養」書系專家委員會。理論物理大師麗莎·蘭道爾的宇宙三部曲是我們推出的「科學素養」書系首套重磅大作。在此之後，我們還將出版更多精彩豐富的科普圖書，引領大家領略科學世界的風采。

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