彗星
除了離太陽很遠(yuǎn)時(shí)以外,彗星的長長的明亮稀疏的彗尾,在過去給人們這樣的印象,即認(rèn)為彗星很靠近地球,甚至就在我們的大氣范圍之內(nèi).1577年第谷指出當(dāng)從地球上不同地點(diǎn)觀察時(shí),彗星并沒有顯出方位不同：因此他正確地得出它們必定很遠(yuǎn)的結(jié)論.彗星屬于太陽系小天體.
每當(dāng)彗星接近太陽時(shí),它的亮度迅速地增強(qiáng).對離太陽相當(dāng)遠(yuǎn)的彗星的觀察表明它們沿著被高度拉長的橢圓運(yùn)動,而且太陽是在這橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上,與開普勒第一定律一致.彗星大部分的時(shí)間運(yùn)行在離太陽很遠(yuǎn)的地方,在那里它們是看不見的.只有當(dāng)它們接近太陽時(shí)才能見到.
大約有40顆彗星公轉(zhuǎn)周期相當(dāng)短（小于100年）,因此它們作為同一顆天體會相繼出現(xiàn).歷史上第一個(gè)被觀測到相繼出現(xiàn)的同一天體是哈雷彗星,牛頓的朋友和捐助人哈雷（1656一1742）在1705年認(rèn)識到它是周期性的.它的周期是76年.歷史記錄表明自從公元前240年也可能自公元前466年來,它每次通過太陽時(shí)都被觀測到了.它最近一次是在1986年通過的.
離太陽很遠(yuǎn)時(shí)彗星的亮度很低,而且它的光譜單純是反射陽光的光譜.當(dāng)彗星進(jìn)入離太陽8個(gè)天文單位以內(nèi)時(shí),它的亮度開始迅速增長并且光譜急劇地變化.科學(xué)家看到若干屬于已知分子的明亮譜線.發(fā)生這種變化是因?yàn)榻M成彗星的固體物質(zhì)（彗核）突然變熱到足以蒸發(fā)并以叫做彗發(fā)的氣體云包圍彗核.太陽的紫外光引起這種氣體發(fā)光.
彗發(fā)的直徑通常約為105千米,但彗尾常常很長棗達(dá)108千米或1天文單位.彗尾被認(rèn)為是由氣體和塵埃組成；4個(gè)聯(lián)合的效應(yīng)將它從彗星上吹出：（1）當(dāng)氣體和伴生的塵埃從彗核上蒸發(fā)時(shí)所得到的初始動量.（2）陽光的輻射壓將塵埃推離太陽.（3）太陽風(fēng)將帶電粒子吹離太陽.（4）朝向太陽的萬有引力吸力.這些效應(yīng)的相互作用使每個(gè)彗尾看上去都不一樣.當(dāng)然,物質(zhì)蒸發(fā)到彗發(fā)和彗尾中去,消耗了彗核的物質(zhì).有時(shí)以爆發(fā)的方式出現(xiàn),比拉彗星就是那樣；1846年它通過太陽時(shí)破裂成兩個(gè),1852年那次通過以后就全部消失.科學(xué)家估計(jì)一般接近太陽距離只有幾個(gè)天文單位的彗星將在幾千年內(nèi)瓦解.
公元1066年,諾曼人入侵英國前夕,正逢哈雷彗星回歸.當(dāng)時(shí),人們懷有復(fù)雜的心情,注視著夜空中這顆拖著長尾巴的古怪天體,認(rèn)為是上帝給予的一種戰(zhàn)爭警告和預(yù)示.后來,諾曼人征服了英國,諾曼統(tǒng)帥的妻子把當(dāng)時(shí)哈雷彗星回歸的景象繡在一塊掛毯上以示紀(jì)念.中國民間把彗星貶稱為“掃帚星”、“災(zāi)星”.像這種把彗星的出現(xiàn)和人間的戰(zhàn)爭、饑荒、洪水、瘟疫等災(zāi)難聯(lián)系在一起的事情,在中外歷史上有很多.
彗星是在扁長軌道(極少數(shù)在近圓軌道)上繞太陽運(yùn)行的一種質(zhì)量較小的云霧狀小天體.
彗星的軌道
彗星的軌道有橢圓、拋物線、雙曲線三種.橢圓軌道的彗星又叫周期彗星,另兩種軌道的又叫非周期彗星.周期彗星又分為短周期彗星和長周期彗星.一般彗星由彗頭和彗尾組成.彗頭包括彗核和彗發(fā)兩部分,有的還有彗云.并不是所有的彗星都有彗核、彗發(fā)、彗尾等結(jié)構(gòu).我國古代對于彗星的形態(tài)已很有研究,在長沙馬王堆西漢古墓出土的帛書上就畫有29幅彗星圖.在晉書“天文志”上清楚地說明彗星不會發(fā)光,系因反射太陽光而為我們所見,且彗尾的方向背向太陽.彗星的體形龐大,但其質(zhì)量卻小得可憐,就連大彗星的質(zhì)量也不到地球的萬分之一.由于彗星是由冰凍著的各種雜質(zhì)、塵埃組成的,在遠(yuǎn)離太陽時(shí),它只是個(gè)云霧狀的小斑點(diǎn)；而在靠近太陽時(shí),因凝固體的蒸發(fā)、氣化、膨脹、噴發(fā),它就產(chǎn)生了彗尾.彗尾體積極大,可長達(dá)上億千米.它形狀各異,有的還不止一條,一般總向背離太陽的方向延伸,且越靠近太陽彗尾就越長.宇宙中彗星的數(shù)量極大,但目前觀測到的僅約有1600顆.
彗星的軌道與行星的很不相同,它是極扁的橢圓,有些甚至是拋物線或雙曲線軌道.軌道為橢圓的彗星能定期回到太陽身邊,稱為周期彗星；軌道為拋物線或雙曲線的彗星,終生只能接近太陽一次,而一旦離去,就會永不復(fù)返,稱為非周期彗星,這類彗星或許原本就不是太陽系成員,它們只是來自太陽系之外的過客,無意中闖進(jìn)了太陽系,而后又義無反顧地回到茫茫的宇宙深處.周期彗星又分為短周期(繞太陽公轉(zhuǎn)周期短于200年)和長周期(繞太陽公轉(zhuǎn)周期超過200年)彗星.目前,已經(jīng)計(jì)算出600多顆彗星的軌道.彗星的軌道可能會受到行星的影響,產(chǎn)生變化.當(dāng)彗星受行星影響而加速時(shí),它的軌道將變扁,甚至成為拋物線或雙曲線,從而使這顆彗星脫離大陽系；當(dāng)彗星減速時(shí),軌道的偏心率將變小,從而使長周期彗星變?yōu)槎讨芷阱缧?甚至從非周期彗星變成了周期彗星以致被“捕獲”.
彗星的結(jié)構(gòu)
彗星沒有固定的體積,它在遠(yuǎn)離太陽時(shí),體積很??；接近太陽時(shí),彗發(fā)變得越來越大,彗尾變長,體積變得十分巨大.彗尾最長竟可達(dá)2億多千米.彗星的質(zhì)量非常小,絕大部分集中在彗核部分.彗核的平均密度為每立方厘米1克.彗發(fā)和彗尾的物質(zhì)極為稀薄,其質(zhì)量只占總質(zhì)量的1%--5%,甚至更小.彗星物質(zhì)主要由水、氨、甲烷、氰、氮、二氧化碳等組成,而彗核則由凝結(jié)成冰的水、二氧化碳(干冰)、氨和塵埃微粒混雜組成,是個(gè)“臟雪球”.
彗星的起源
彗星的起源是個(gè)未解之謎.有人提出,在太陽系外圍有一個(gè)特大彗星區(qū),那里約有1000億顆彗星,叫奧爾特云,由于受到其它恒星引力的影響,一部分彗星進(jìn)入太陽系內(nèi)部,又由于木星的影響,一部分彗星逃出太陽系,另一些被“捕獲”成為短周期彗星；也有人認(rèn)為彗星是在木星或其它行星附近形成的；還有人認(rèn)為彗星是在太陽系的邊遠(yuǎn)地區(qū)形成的；甚至有人認(rèn)為彗星是太陽系外的來客.
因?yàn)橹芷阱缧且恢痹谕呓庵?必然有某種產(chǎn)生新彗星以代替老彗星的方式.可能發(fā)生的一種方式是在離太陽105天文單位的半徑上儲藏有幾十億顆以各種可能方向繞太陽作軌道運(yùn)動的彗星群.這個(gè)概念得到觀測的支持,觀測到非周期彗星以隨機(jī)的方向沿著非常長的橢圓形軌道接近太陽.隨著時(shí)間的推移,由于過路的恒星給予的輕微引力,可以擾亂遙遠(yuǎn)彗星的軌道,直至它的近日點(diǎn)的距離變成小于幾個(gè)天文單位.當(dāng)彗星隨后進(jìn)入太陽系時(shí),太陽系內(nèi)的各行星的萬有引力的吸力能把這個(gè)非周期彗星轉(zhuǎn)變成新的周期彗星（它瓦解前將存在幾千年）.另一方面,這些力可將它完全從彗星云里拋出.如果這說法正確,過去幾個(gè)世紀(jì)以來一千顆左右的彗星記錄只不過是巨大彗星云中很少一部分樣本,這種云迄今尚未直接觀察到.與個(gè)別恒星相聯(lián)系的這種彗星云可能遍及我們所處的銀河系內(nèi).迄今還沒有找到一種方法來探測可能與太陽結(jié)成一套的大量彗星,更不用說那些與其他恒星結(jié)成一套的彗星云了.
彗星云的總質(zhì)量還不清楚,不只是彗星總數(shù)很難確定,即使單個(gè)彗星的質(zhì)量也很不確定.估計(jì)彗星云的質(zhì)量在10-13至10-3地球質(zhì)量之間.
彗星的性質(zhì)
彗星的性質(zhì)還不能確切知道,因?yàn)樗卦阱绨l(fā)內(nèi),不能直接觀察到,但我們可由彗星的光譜猜測它的一些性質(zhì).通常,這些譜線表明存在有OH、NH和NH2基團(tuán)的氣體,這很容易解釋為最普通的元素C、N和O的穩(wěn)定氫化合物,即CH4,NH3和H2O分解的結(jié)果,這些化合物凍結(jié)的冰可能是彗核的主要成分.科學(xué)家相信各種冰和硅酸鹽粒子以松散的結(jié)構(gòu)散布在彗核中,有些象臟雪球那樣,具有約為0.1克/立方厘米的密度.當(dāng)冰受熱蒸發(fā)時(shí)它們遺留下松散的巖石物質(zhì),所含單個(gè)粒子其大小從104厘米到大約105厘米之間.當(dāng)?shù)厍虼┻^彗星的軌道時(shí),我們將觀察到的這些粒子看作是流星.有理由相信彗星可能是聚集形成了太陽和行星的星云中物質(zhì)的一部分.因此,人們很想設(shè)法獲得一塊彗星物質(zhì)的樣本來作分析以便對太陽系的起源知道得更多.這一計(jì)劃理論上可以作到,如設(shè)法與周期彗星在空間做一次會合.目前這樣的計(jì)劃正在研究中.
彗星與生命
彗星是一種很特殊的星體,與生命的起源可能有著重要的聯(lián)系.彗星中含有很多氣體和揮發(fā)成分.根據(jù)光譜分析,主要是C2、CN、C3、另外還有OH、NH、NH2、CH、Na、C、O等原子和原子團(tuán).這說明彗星中富含有機(jī)分子.許多科學(xué)家注意到了這個(gè)現(xiàn)象：也許,生命起源于彗星!
1990年,NASA的Kevin. J. Zahule和Daid Grinspoon對白堊紀(jì)－第三紀(jì)界線附近地層的有機(jī)塵埃作了這樣的解釋：一顆或幾顆彗星掠過地球,留下的氨基酸形成了這種有機(jī)塵埃;并由此指出,在地球形成早期,彗星也能以這種方式將有機(jī)物質(zhì)像下小雨一樣灑落在地球上----這就是地球上的生命之源.
彗星的俗稱
彗星俗稱掃把星.在《天文略論》這本書中寫道：彗星為怪異之星,有首有尾,俗象其形而名之曰掃把星.