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什么是彗星?

  彗星是由冰和少量岩石组成的小天体,平均物质密度只有10-1000千克/立方米,天文学家们把彗星形象地称为“脏雪球”。在一般的情况下,彗星都在太阳系的边缘地区,这时即使被观测到,也与极其微弱的恒星相似,看不出细致的结构。但当其逐渐接近太阳的时候,由于太阳的热辐射、太阳风和太阳光压作用的加大,尤其当它进入火星轨道区域以后,表面物质挥发形成彗尾,表现出其独特的结构。

  彗头:彗星有一个形态朦胧而明亮的“头”部--彗头。彗头包括两部分,中央密集而明亮的彗核和雾状的包层--彗发。
  彗核:彗核通常很小,直径一般在0.1-100km之间,很少有超过100km的。彗星的质量几乎都集中于彗核。

  彗发:彗发是彗核的蒸发物,其形状和大小与距离太阳的远近密切相关。一般来说,离太阳越近,彗发越亮越大,直径可达数十万千米,有时还可与太阳相当,甚或超过太阳直径。

  彗云:人类进入空间探测后,发现了彗发之外还有一个更大的,直径约100-1000万千米的包层--彗云。因为它几乎全是由氢原子组成,故又称为氢云。氢云的物质密度极其稀薄,所以地面上一般观测不到。

  彗尾:长长的彗尾,是肉眼可见的彗星的主要特征之一,也是太阳系内最长的天体,它总是背向太阳一方。由于彗尾是彗头物质在太阳作用下的结果,所以,彗尾不仅与彗星的质量有关,更取决于离太阳的距离。在近日点时,达到最长;而一些行星族彗星在望远镜内仅有朦胧的彗尾而已。主要由气体组成的离子彗尾较直,而包含有许多尘埃物质的尘埃彗尾一般比较弯曲。此外,还有少量彗星在某一阶段内出现反常彗尾--朝太阳方向伸出尾状物质,称之为逆向彗尾,也有人称之为“彗翎”。有些彗星的彗尾不止一条,历史上不乏双尾甚至三尾的例子,最著名的是1744年的歇索彗星,曾出现过六条彗尾。彗尾的物质十分稀薄,恒星的光可以自由穿过它而不受任何影响,稀的彗尾密度远远低于实验室真空内气体的密度。   彗星每次访问太阳都要丢失一部分挥发性物质,最终它将成为太阳系中的又一颗岩石天体。因此对宇宙而言,彗星可以说是非常短命的。许多科学家认为有些小行星就是已熄灭的彗核,这些彗星已丢失了它们所有的挥发性物质。

  迄今发现的彗星共有1800多颗,它们中的大部分和我们仅有一面之缘,匆匆绕过太阳后,便沿着抛物线或双曲线一去不返了。只有沿着封闭轨道运行的彗星才能去而复来,这便是周期彗星。科学家把200年定为短周期彗星和长周期彗星的分界。

  科学家们一直对彗星感兴趣,因为彗星被认为是我们太阳系里最古老最原始的天体,其物质构成与太阳系形成前的星云类似。这种星云后来坍塌形成太阳和行星,因此它含有46亿年前太阳和行星形成时的尘埃和气体。科学家们认为,形成地球生命的原始物质很可能是在彗星撞击地球时带到地球上来的,彗星为科学家研究太阳系和地球上生命的形成提供了一个窗口。


彗星的起源


  彗星从何而来?这是一个复杂的难题。少数人主张彗星由某些行星及卫星上的火山爆发时抛出的物质形成的,这种观点称之为“爆发说”。最早提出“爆发说”的是法国数学家拉格朗日,而现在的支柱则是以弗谢赫斯维亚茨基为首的一部分前苏联天文学家。此外,还有人认为彗星是从星际空间来的,并不属于太阳系。

  到本世纪五十年代初,荷兰天文学家奥儿特从彗星轨道研究着手,发现彗星最初都位于离太阳5-20万天文单位的太阳系最边远地区(最近的恒星比邻星离太阳约为27万天文单位),但这些原始彗星在邻近恒星摄动的影响下,在15万天文单位以外的彗星都已逃逸,离开了太阳系,而在此以内的彗星也有相当多的已经跑到了星际空间,但尚有部分彗星集成了一片彗星云--奥尔特云。它的质量在0.1-1m之间,估计云内彗星的数目在1011熟练工人级。

  由于奥尔特云离太阳与较近的恒星的距离几乎差不多,因而受到恒星摄动的影响比较明显。这种摄动既可使一些彗星脱离太阳系,也可使另一些彗星改变轨道,走到太阳附近的区域,成为人们可以观测到的彗星。而在大行星的作用下,有一些甚至变成周期短于200年的短周期彗星。

  近来的许多观测事实都对奥尔特云的假设比较有利。惠普尔提出的彗星核为“脏雪球”的理论与它相互印证。

 
彗星的运动


  彗星与其它的天体一样,遵循着同样的运动规律:如果不考虑相对论的影响,符合Newton第一定律和万有引力定律。对彗星来说,如果只考虑太阳而忽略其它天体的影响,彗星和太阳可以认为是构成了一个二体系统,彗星沿着一个椭圆轨道,绕太阳运转,太阳位于一个焦点上,其轨道的几何参数可用长半轴和偏心率来表示。偏心率在数学上用于表示椭圆的圆的程度。一个圆的偏心率是0,绝大多数行星轨道的偏心率也接近于0,只有冥王星和水星的偏心率接近于0.1。彗星的偏心率则非常的大,接近于1,也就是说,其轨道接近于抛物线。

  太阳系由太阳、九大行星、大量的卫星和小行星、彗星以及大量的小碎块组成。由于太阳的引力是最大的,因此,在计算一个天体运行轨道时,我们只考虑太阳的影响,把它与太阳作为一个两体系统看待。但实际上,任何天体同时会受到除太阳之外的其它天体的影响,如果它与另一个天体非常接近,将会对其运行轨道产生影响。1705年,Halley注意到,如果只考虑太阳的影响所得到的Halley彗星的运行轨道与其实际的运行轨道有很大的误差。因此,他猜测是由于木星的影响,使得彗星的运动周期产生变化。Halley彗星的周期一般认为是76年,但是,实际上,在过去的2000年的时间里,其周期在74.4到79.2年之间变化。Halley也由此第一个注意到彗星和行星的碰撞是可能的。

  Shoemaker-Levy 9彗星就是一个极好的例证。在木星的作用下,彗星分裂成若干块,并都撞到木星上。如果彗星运动到一个行星附近时,它很可能受行星的重力的影响,摆脱太阳的影响而改变其运行轨道,有时被行星俘获而成为行星的卫星。

  Newton运动定律指出,运动物体的动量是守恒的。彗星向外抛射尘埃和气体,通常是向远离太阳的方向抛射。这将引起彗星质量和动量的变化,对彗星产生加速或减速。这种作用称之为非重力作用或火箭效果,在这种非重力作用下,一般来说,彗星轨道的大小和形状都会发生改变。Halley彗星在1910年返回近日点的时间,比最好的估计结果晚到了三天。1950年,F·L·Whipple发表了其冰冻团块模型,这才使预测的准确性有所提高。

彗星的尾巴藏有大量一氧化碳

  以前,科学家相信彗星尾巴主要是尘埃和冰。最近,美国亚利桑那州立大学的科学家发现,彗星拖着两条尾巴,一条是充满尘埃的尾巴,另一条是充满一氧化碳的尾巴。

  韦葛芙教授解释说,受到太阳的紫外线影响,在一天内,水分子会分解成氢和氧原子,而一氧化碳的分子比较稳定,要在十天后才会分解,因此,彗星带气体的尾巴主要是一氧化碳。

       
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科胡特克彗星
 
 
 

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