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關於彗星你可能不知道的10件事
2014-01-08 08:01:54
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彗星曾經被認為是不祥的徵兆。但實際上,它們和行星、小行星、塵埃一樣只不過是太陽系中的一類天體。雖然如此,但它們卻同時也是壯觀、有趣、值得研究的天體。就在100年前,1910年4月,哈雷彗星華麗地回歸,從距離地球2300萬千米遠的地方飛過。當時它極為明亮,即便是在都市中也清晰可見。根據計算,哈雷彗星的彗尾會掃過地球,這引發了大範圍的恐慌,因為在彗星中探測到了氰,人們擔心它會毒死地球上的生物。

100年後,雖然天文學家對彗星的認識有了長足的進步,但是彗星在一般人的眼中卻依然神秘。下面就是關於彗星你可能不知道的十件事情。

一、彗星的固體部分其實很小

從照片上看,彗星非常巨大。彗頭,也就是彗星最前端的大“絨球”,它的的直徑可以達到數十萬千米,而太陽系中最大的行星木星的直徑只有大約14萬千米。

但是,你所看到的其實是由於太陽的加熱而從彗星的固體部分釋放出的密度極低的氣體。在大多數情況下,這些氣體的密度比地球上的實驗室所能達到的真空還要低。儘管如此,但它們卻具有良好的反射陽光的能力,因此看上去很亮。

彗星的固體部分被稱為彗核,它的直徑卻只有幾千米,遠遠小於彗頭。2007年當霍姆斯彗星開始遠離太陽的時候,它發生了爆發。從它的彗核突然釋放出的大量氣體在它的周圍形成了一片巨大的氣體雲。即便當時它已經距離地球達數千萬千米,但這也使得它在夜空中很容易就能被看到。但它的彗核還是非常小,對於地面上所有的望遠鏡而言都只是一個小亮點。

二、彗星都是“臟雪球”

彗核是由什麼組成的?這並不是一個簡單的問題,因為每顆彗星都是不同的,而且還存在一些介於彗星和小行星之間的天體。

一般而言,彗核是一座山那麼大的一個“臟雪球”,由岩石、塵埃、砂礫以及氨、二氧化碳、甲烷等混合而成。除此之外,還有水,許多許多的水。當然這些水是以水冰的形式出現的。這些固態的揮發性物質被統稱為“冰”。

當彗星接近太陽的時候,這些冰會從固體直接昇華成氣體,形成彗星巨大的彗頭以及長長的彗尾。當這些氣體被釋放出來之後,天文學家就能使用望遠鏡來研究並確定它們的組成。20世紀80年代,喬托探測器發現從哈雷彗星中釋放出的物質80%是水。

三、彗星在絕大多數時候看上去就像小行星

彗星通常都具有長長的橢圓形軌道。它們距離太陽越遠,運動得就越慢,因此它們會在遠離太陽的地方度過生命中99.9%的時間。這意味著彗核中的揮發性物質會長時間處於冰凍狀態。事實上,由於太空中的低溫,彗核中的水所凝固成的冰甚至比地球上的岩石還要堅硬。

在哈雷彗星於1986年回歸前幾年,天文學家就開始對它進行跟蹤。在1982年當它穿越土星軌道時,拍攝到了它的照片。由於距離太陽還極為遙遠沒有釋放出氣體,因此在照片中根本看不出它是一顆彗星。

小行星和彗星的區別可能就在於當它們接近太陽時有多少物質會被釋放出來。如果觀測到一塊石頭在太陽附近釋放出了少量的氣體,這算是小行星還是彗星?事實上,許多小行星有著類似彗星的軌道。這或許是受到木星引力影響的結果,又或者它們只不過揮發性物質已經消耗殆盡的彗星。

四、彗星每次接近太陽就會減小一些

大自然中許多美麗的東西往往都是致命的,彗星也一樣,它的美麗最終也會終結自己。

彗星是由凍結的氣體維繫在一起的。當它們從太陽旁經過的時候,氣體會蒸發逃逸,彗星也會因此開始瓦解。如果這顆彗星主要是由氣體組成的,那它最後就會解體。2006年哈勃空間望遠鏡就拍攝到了彗星73P在太陽附近瓦解的照片。

即便主要是由岩石組成的彗星,氣體的流失會在岩石之間留下大的空隙,這會使得它的結構變鬆垮。如果它恰巧又過於靠近木星的話,後者的引力就會把它撕碎。1994年舒梅克-列維9號彗星就被粉碎成了幾十塊並最後撞上木星。它極有可能就是一顆由於流失氣體而無法抵抗木星引力的彗星。

當彗星從太陽旁經過的時候會流失大量的物質。這裡的“大量”意味著每秒數百噸。相對於一顆彗星的總質量這其實僅僅是一小部分,但考慮到這一過程所持續的時間以及它從太陽旁經過的次數,質量流失就會變得相當可觀,因此我們看到的每顆彗星都在慢慢地“溶解”。就算是壯觀的哈雷彗星也終有一天會瓦解成石塊、砂礫、塵埃和氣體,從而消失。

五、彗星不是只有一條彗尾

彗星之所以這麼引人注目很大程度上是因為它有一條長長的尾巴,但實際上它們的尾巴可不止一條。擁有兩條彗尾的彗星很普遍,例如海爾-波普彗星。

當氣體從彗頭被釋放出來之後,太陽風太陽發出的帶電粒子流就會把它吹向後方。太陽風的速度非常快,遠遠大於彗星的運動速度,因此彗尾會筆直地向外延伸出去。太陽風還會電離這些氣體,太陽風中的磁場會把產生的離子蒐集到一起並且拽著它們一起運動。當電子和這些離子重新結合的時候就會發出光,其中以藍光為主。海爾-波普彗星藍色的離子尾就源自一氧化碳。

和氣體一起從彗核被吹出來的還有塵埃,其中包含有矽酸鹽、礦物以及其他穩定的物質。這些物質的密度要比氣體高得多,因此不會屈從於太陽風的擺佈。由於反射陽光它們會呈現黃色或者紅色。在跟隨彗星一起運動的同時這條塵埃彗尾會彎曲。在許多彗星的照片中,你可以看到藍色的離子彗尾從彗頭筆直向後延伸,而黃色的塵埃彗尾則呈弧線向外延伸出數百萬千米。

由於至今尚不清楚的原因,塵埃尾還會分裂。一些彗星甚至會有多達6條的彗尾。

六、彗星造成了流星雨

既然彗星在途經太陽的過程中留下了數百萬噸的物質。那麼這些物質又會怎麼樣呢?

作用在這些物質上的力非常微弱,因此它們會繼續沿著和彗星幾乎相同的軌道運動。它們可以繞著太陽運動幾十萬年,但不會永遠。有時彗星的軌道會和地球的相交,這意味著地球會穿過這些殘骸。通常地球每天會和大約100噸的這些物質相遇。但如果地球穿越彗星軌道的話,這個數字就會急劇上升。當這些物質進入地球大氣燃燒的時候,就成了流星。

沒錯,當你抬頭觀看英仙座、獅子座、雙子座等流星雨時,你看到的正是彗星所留下的物質。即便是一片雪花當它以每秒100千米的速度撞入地球大氣層的時候,它的動能會轉化成熱和光,成為一顆閃亮的流星。有時你會碰上一些小的砂礫,它們會成為極為明亮的火流星,亮到它就算在天空中消失了卻還可以在你的眼睛裡留下餘象。

這同時也意味著流星雨和特定的彗星相連。源自哈雷彗星的流星雨有兩個:5月的寶瓶座η流星雨和10月的獵戶座流星雨。8月份的英仙座流星雨來自斯維夫特-塔特爾彗星,11月份的獅子座流星雨則發源自坦普爾-塔特爾彗星。這些流星雨之所以會在每年相同的時間出現,正是因為在那個時候地球正好位於地球軌道和彗星軌道的交點上。

但這些流星物質的軌道並不是一成不變的。太陽光輻射、太陽風、行星的引力都會影響它們,改變它們和地球相遇的時間和地點。因此流星雨也會隨著時間演化。此外,如果其母彗星近期正好回歸,那麼流星物質的密度就會升高。當地球穿過這些物質的時候,就會產生流星暴。20世紀90年代末獅子座流星雨就出現了多次強爆發,每小數的流星數高達數千顆。

七、彗星比小行星更危險

直徑10千米的小行星撞擊地球會造成巨大的蘑菇雲、海嘯、死亡以及大災難。但彗星其實在許多方面更為危險。即便它們的密度要比小行星低(冰之於岩石),但以下3點使得它們成為了更恐怖的殺手。

第一,彗星來自極為遙遠的海王星軌道以外的深空,因此它們相對於地球的速度非常高,其中一些可以達到每秒70千米,而大多數和地球相撞的小行星速度都在每秒20千米左右。速度大3.5倍意味著能量高差不多12倍,因此彗星撞擊的威力至少是同等質量小行星的10倍以上。

第二,可能與地球發生碰撞的彗星要比小行星大得多。目前已知最大的具有撞擊風險的小行星是托塔蒂斯(小行星4179號),它的直徑大約5千米。而海爾-波普彗星的彗核直徑大約為60千米,是托塔蒂斯的12倍。這意味著它的質量是托塔蒂斯的數百倍。如果海爾-波普彗星撞上地球,其結果將遠遠超過把恐龍從地球上抹掉的那次撞擊,估計地球上一半以上的物種會滅絕。

第三,彗星的軌道極難預測。小行星的軌道通常較為容易測量,因此可以提前幾年預報它們的風險。但彗星會噴射出氣體,這會像火箭引擎一樣推動彗核。在某些情況 ​​下,也許只能提前幾週做出碰撞預報。更糟糕的是,彗星來自遙遠黑暗的太空,只有在非常靠近我們的時候才能被發現。海爾-波普彗星是近幾十年來最亮的彗星之一,從發現到它途經地球之間只隔了19個月。如果當初它正處於一條會和地球相撞的軌道,那你也就不會看到這篇文章了。

當然,好消息是這些撞擊事件都是非常罕見的。最近一次大的撞擊是在6500萬年前。它不太可能在不久的將來再次出現。

八、有7顆彗星已經被探測器造訪過

人類已經向太陽系中的每一顆行星派出了探測器。但令人驚訝的是,被機器人造訪過的彗星的數量也差不多與之相當。它們是:

19P/博雷利彗星:深空1號探測器

81P/懷爾德2號彗星:星塵探測器

麥克諾特彗星:尤利西斯探測器

21P/賈科比尼-青納彗星:國際彗星探測器

26P/葛里格-斯克傑利厄普彗星:喬托探測器

哈雷彗星:喬托探測器、維佳1號和2號探測器、先驅探測器、翠聲探測器

坦普爾1號彗星:深度撞擊探測器

這其中絕大多探測器都是從彗星附近飛過採集數據,但2005年深度撞擊探測器採取了主動出擊的策略。它所釋放出的撞擊體撞上了8千米長、5千米寬的坦普爾1號彗星,揚起了其表面之下的物質供母船上的儀器研究。這一每秒10千米的撞擊在彗核上留下了一個直徑100米的環形山。

好戲還沒結束。2014年歐洲的羅塞塔探測器將會造訪67P/丘留莫夫-格拉西緬科彗星,屆時它會釋放出一個著陸器降落到該彗星的表面。這個任務可以算得上是目前正在進行中的空間任務中最讓人興奮的一個之一。

九、SOHO是最好的全天候彗星獵手

400年來,彗星都是通過天文學家或者天文愛好者用肉眼或者望遠鏡一點一點地巡視天空而被發現的。但幾十年前,機器人開始登上了彗星搜尋的舞台。程控望遠鏡可以更快速地掃視天空並且還能夠探測到更為闇弱的目標。這也使得天文愛好者發現彗星的數量變得越來越少。

但即便是地面上的程控巡天還是敵不過全天候的彗星獵手 太陽和日球層探測器(SOHO)。這個空間天文台位於地球和太陽之間的連線上,距離地球150萬千米。在這個位置上SOHO可以一天24時不間斷地監測太陽。從1995年發射至今,它一直緊盯著這顆距離我們最近的恆星。

SOHO使用一個金屬圓盤遮擋陽光,由此來探測太陽周圍較為闇弱的天體。迄今SOHO已經發現了大約1700顆從非常靠近太陽的地方掠過或者撞入太陽的彗星。

十、白天也能看到彗星

人們一般都認為彗星是夜晚出現的天體,只有當太陽下山之後才能看到,但如果彗星足夠靠近地球或者以合適的角度足夠靠近太陽的話,它就會變得很明亮即使在白天也能看到。2006年出現的麥克諾特彗星極為明亮。有人利用建築物遮擋住太陽,在白天僅用肉眼就看到了它。

天文學家通常觀測的都是極為闇弱的天體,但如果有一個顆彗星亮到了白天也能看到,那這決不僅僅是大自然賜予我們的美麗,更是一份神奇。

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