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科学松鼠会

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关于彗星你可能不知道的十件事情  

2013-12-27 11:24:06|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:Shea

Phil Plait 文 Shea 编译

彗星曾经被认为是不祥的征兆。但实际上,它们和行星、小行星、尘埃一样只不过是太阳系中的一类天体。虽然如此,但它们却同时也是壮观、有趣、值得研究的天体。就在100年前——1910年4月,哈雷彗星华丽地回归,从距离地球2,300万千米远的地方飞过。当时它极为明亮,即便是在都市中也清晰可见。根据计算,哈雷彗星的彗尾会扫过地球,这引发了大范围的恐慌。因为在彗星中探测到了氰,人们担心它会毒死地球上的生物。

100年后,虽然天文学家对彗星的认识有了长足的进步,但是彗星在一般人的眼中却依然神秘。下面就是关于彗星你可能不知道的十件事情。

彗星的固体部分其实很小

从照片上看,彗星非常巨大。彗头,也就是彗星最前端的大“绒球”,它的的直径可以达到数十万千米。作为比较,太阳系中最大的行星木星的直径只有大约14万千米。但你所看到的其实是由于太阳的加热而从彗星的固体部分释放出的密度极低的气体。在大多数情况下,这些气体的密度比地球上的实验室所能达到的真空还要低。尽管如此,但它们却具有良好的反射阳光的能力,因此看上去很亮。

彗星的固体部分被称为彗核,它的直径却只有几千米,远远小于彗头。2007年当霍姆斯彗星开始远离太阳的时候,它发生了爆发。从它的彗核突然释放出的大量气体在它的周围形成了一片巨大的气体云。即便当时它已经距离地球达数千万千米,但这也使得它在夜空中很容易就能被看到。但它的彗核还是非常小,对于地面上所有的望远镜而言都只是一个小亮点。

彗星都是“脏雪球”

那么彗核是由什么组成的呢?这并不是一个简单的问题,因为每颗彗星都是不同的,而且还存在一些介于彗星和小行星之间的天体。

一般而言,彗核是一座山那么大的一个“脏雪球”,由岩石、尘埃、砂砾以及氨、二氧化碳、甲烷等混合而成。除此之外,还有水,许多许多的水。当然这些水是以水冰的形式出现的。这些固态的挥发性物质被统称为“冰”。

当彗星接近太阳的时候,这些冰会从固体直接升华成气体,形成彗星巨大的彗头以及长长的彗尾。当这些气体被释放出来之后,天文学家就能使用望远镜来研究并确定它们的组成。20世纪80年代,乔托探测器发现从哈雷彗星中释放出的物质80%是水。

彗星在绝大多数时候看上去就像小行星

彗星通常都具有长长的椭圆形轨道。它们距离太阳越远,运动得就越慢,因此它们会在远离太阳的地方度过生命中99.9%的时间。这意味着彗核中的挥发性物质会长时间处于冰冻状态。事实上,由于太空中的低温,彗核中的水所凝固成的冰甚至比地球上的岩石还要坚硬。

在哈雷彗星于1986年回归前几年,天文学家就开始对它进行跟踪。在1982年当它穿越土星轨道时,拍摄到了它的照片。由于距离太阳还极为遥远没有释放出气体,因此在照片中根本看不出它是一颗彗星。

小行星和彗星的区别可能就在于当它们接近太阳时有多少物质会被释放出来。如果观测到一块石头在太阳附近释放出了少量的气体,这算是小行星还是彗星?事实上,许多小行星有着类似彗星的轨道。这或许是受到木星引力影响的结果,又或者它们只不过挥发性物质已经消耗殆尽的彗星。

彗星每次接近太阳就会减小一些

和大自然中许多美丽的东西往往都是致命的一样,彗星的美丽最终也会终结自己。

彗星是由冻结的气体维系在一起的。当它们从太阳旁经过的时候,气体会蒸发逃逸,彗星也会因此开始瓦解。如果这颗彗星主要是由气体组成的,那它最后就会解体。2006年哈勃空间望远镜就拍摄到了彗星73P在太阳附近瓦解的照片。即便主要是由岩石组成的彗星,气体的流失会在岩石之间留下大的空隙,这会使得它的结构变松垮。如果它恰巧又过于靠近木星的话,后者的引力就会把它撕碎。1994年舒梅克-列维9号彗星就被粉碎成了几十块并最后撞上木星。它极有可能就是一颗由于流失气体而无法抵抗木星引力的彗星。

当彗星从太阳旁经过的时候会流失大量的物质。这里的“大量”意味着每秒数百吨。相对于一颗彗星的总质量这其实仅仅是一小部分,但考虑到这一过程所持续的时间以及它从太阳旁经过的次数,质量流失就会变得相当可观。因此我们看到的每颗彗星都在慢慢地“溶解”。就算是壮观的哈雷彗星也终有一天会瓦解成石块、砂砾、尘埃和气体,从而消失。

彗星可以拥有两条彗尾

彗星之所以这么引人注目很大程度上是因为它有一条长长的尾巴。但实际上它们的尾巴可不止一条。拥有两条彗尾的彗星很普遍,例如海尔-波普彗星。当气体从彗头被释放出来之后,太阳风——太阳发出的带电粒子流——就会把它吹向后方。太阳风的速度非常快,远远大于彗星的运动速度,因此彗尾会笔直地向外延伸出去。太阳风还会电离这些气体,太阳风中的磁场会把产生的离子搜集到一起并且拽着它们一起运动。当电子和这些离子重新结合的时候就会发出光,其中以蓝光为主。海尔-波普彗星蓝色的离子尾就源自一氧化碳。

和气体一起从彗核被吹出来的还有尘埃,其中包含有硅酸盐、矿物以及其他稳定的物质。这些物质的密度要比气体高得多,因此不会屈从于太阳风的摆布。由于反射阳光它们会呈现黄色或者红色。在跟随彗星一起运动的同时这条尘埃彗尾会弯曲。在许多彗星的照片中,你可以看到蓝色的离子彗尾从彗头笔直向后延伸,而黄色的尘埃彗尾则呈弧线向外延伸出数百万千米。

在现实中,彗星还能拥有多条彗尾。由于至今尚不清楚的原因,尘埃尾还会分裂。一些彗星甚至会有多达6条的彗尾。

彗星造成了流星雨

既然彗星在途经太阳的过程中留下了数百万吨的物质。那么这些物质又会怎么样呢?

作用在这些物质上的力非常微弱,因此它们会继续沿着和彗星几乎相同的轨道运动。它们可以绕着太阳运动几十万年,但不会永远。有时彗星的轨道会和地球的相交,这意味着地球会穿过这些残骸。通常地球每天会和大约100吨的这些物质相遇。但如果地球穿越彗星轨道的话,这个数字就会急剧上升。当这些物质进入地球大气燃烧的时候,就成了流星。

没错,当你抬头观看英仙座、狮子座、双子座等流星雨时,你看到的正是彗星所留下的物质。即便是一片雪花当它以每秒100千米的速度撞入地球大气层的时候,它的动能会转化成热和光,成为一颗闪亮的流星。有时你会碰上一些小的砂砾,它们会成为极为明亮的火流星,亮到它就算在天空中消失了却还可以在你的眼睛里留下余象。

这同时也意味着流星雨和特定的彗星相连。源自哈雷彗星的流星雨有两个:5月的宝瓶座η流星雨和10月的猎户座流星雨。8月份的英仙座流星雨来自斯维夫特-塔特尔彗星,11月份的狮子座流星雨则发源自坦普尔-塔特尔彗星。这些流星雨之所以会在每年相同的时间出现,正是因为在那个时候地球正好位于地球轨道和彗星轨道的交点上。

但这些流星物质的轨道并不是一成不变的。太阳光辐射、太阳风、行星的引力都会影响它们,改变它们和地球相遇的时间和地点。因此流星雨也会随着时间演化。此外,如果其母彗星近期正好回归,那么流星物质的密度就会升高。当地球穿过这些物质的时候,就会产生流星暴。20世纪90年代末狮子座流星雨就出现了多次强爆发,每小数的流星数高达数千颗。

彗星比小行星更危险

直径10千米的小行星撞击地球会造成巨大的蘑菇云、海啸、死亡以及大灾难。但彗星其实在许多方面更为危险。即便它们的密度要比小行星低(冰之于岩石),但以下三点使得它们成为了更恐怖的杀手。

第一,彗星来自极为遥远的海王星轨道以外的深空。因此它们相对于地球的速度非常高,其中一些可以达到每秒70千米。而大多数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倍意味着能量高差不多12倍,因此彗星撞击的威力至少是同等质量小行星的10倍以上。

第二,可能与地球发生碰撞的彗星要比小行星大得多。目前已知最大的具有撞击风险的小行星是托塔蒂斯(小行星4179号),它的直径大约5千米。而海尔-波普彗星的彗核直径大约为60千米,是托塔蒂斯的12倍。这意味着它的质量是托塔蒂斯的数百倍。如果海尔-波普彗星撞上地球,其结果将远远超过把恐龙从地球上抹掉的那次撞击,估计地球上一半以上的物种会灭绝。

第三,彗星的轨道极难预测。小行星的轨道通常较为容易测量,因此可以提前几年预报它们的风险。但彗星会喷射出气体,这会像火箭引擎一样推动彗核。在某些情况下,也许只能提前几周做出碰撞预报。更糟糕的是,彗星来自遥远黑暗的太空,只有在非常靠近我们的时候才能被发现。海尔-波普彗星是近几十年来最亮的彗星之一,从发现到它途经地球之间只隔了19个月。如果当初它正处于一条会和地球相撞的轨道,那你也就不会看到这篇文章了。

当然,好消息是这些撞击事件都是非常罕见的。最近一次大的撞击是在6,500万年前。它不太可能在不久的将来再次出现。

有7颗彗星已经被探测器造访过

人类已经向太阳系中的每一颗行星派出了探测器。但令人惊讶的是,被机器人造访过的彗星的数量也差不多与之相当。它们是:

  • 19P/博雷利彗星:深空1号探测器
  • 81P/怀尔德2号彗星:星尘探测器
  • 麦克诺特彗星:尤利西斯探测器
  • 21P/贾科比尼-青纳彗星:国际彗星探测器
  • 26P/葛里格-斯克杰利厄普彗星:乔托探测器
  • 哈雷彗星:乔托探测器、维佳1号和2号探测器、先驱探测器、翠声探测器
  • 坦普尔1号彗星:深度撞击探测器

这其中绝大多探测器都是从彗星附近飞过采集数据。但2005年深度撞击探测器采取了主动出击的策略。它所释放出的撞击体撞上了8千米长、5千米宽的坦普尔1号彗星,扬起了其表面之下的物质供母船上的仪器研究。这一每秒10千米的撞击在彗核上留下了一个直径100米的环形山。

好戏还没结束。2014年欧洲的罗塞塔探测器将会造访67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星,届时它会释放出一个着陆器降落到该彗星的表面。这个任务可以算得上是目前正在进行中的空间任务中最让人兴奋的一个之一。

SOHO是最好的全天候彗星猎手

400年来,彗星都是通过天文学家或者天文爱好者用肉眼或者望远镜一点一点地巡视天空而被发现的。但几十年前,机器人开始登上了彗星搜寻的舞台。程控望远镜可以更快速地扫视天空并且还能够探测到更为暗弱的目标。这也使得天文爱好者发现彗星的数量变得越来越少。

但即便是地面上的程控巡天还是敌不过全天候的彗星猎手——太阳和日球层探测器(SOHO)。这个空间天文台位于地球和太阳之间的连线上,距离地球150万千米。在这个位置上SOHO可以一天24时不间断地监测太阳。从1995年发射至今,它一直紧盯着这颗距离我们最近的恒星。

SOHO使用一个金属圆盘遮挡阳光,由此来探测太阳周围较为暗弱的天体。迄今SOHO已经发现了大约1,700颗从非常靠近太阳的地方掠过或者撞入太阳的彗星。

白天也能看到彗星

人们一般都认为彗星是夜晚出现的天体,只有当太阳下山之后才能被看到。但如果彗星足够靠近地球或者以合适的角度足够靠近太阳的话,它就会变得很明亮即使在白天也能看到。

2006年出现的麦克诺特彗星极为明亮。有人利用建筑物遮挡住太阳,在白天仅用肉眼就看到了它。

天文学家通常观测的都是极为暗弱的天体。但如果有一个颗彗星亮到了白天也能看到,那这决不仅仅是大自然赐予我们的美丽,更是一份神奇。

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