彗星
除了離太陽很遠時以外,彗星的長長的明亮稀疏的彗尾,在過去給人們這樣的印象,即認為彗星很靠近地球,甚至就在我們的大氣范圍之內.1577年第谷指出當從地球上不同地點觀察時,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的結論.彗星屬于太陽系小天體.
每當彗星接近太陽時,它的亮度迅速地增強.對離太陽相當遠的彗星的觀察表明它們沿著被高度拉長的橢圓運動,而且太陽是在這橢圓的一個焦點上,與開普勒第一定律一致.彗星大部分的時間運行在離太陽很遠的地方,在那里它們是看不見的.只有當它們接近太陽時才能見到.
大約有40顆彗星公轉周期相當短（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,它每次通過太陽時都被觀測到了.它最近一次是在1986年通過的.
離太陽很遠時彗星的亮度很低,而且它的光譜單純是反射陽光的光譜.當彗星進入離太陽8個天文單位以內時,它的亮度開始迅速增長并且光譜急劇地變化.科學家看到若干屬于已知分子的明亮譜線.發(fā)生這種變化是因為組成彗星的固體物質（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108千米或1天文單位.彗尾被認為是由氣體和塵埃組成；4個聯(lián)合的效應將它從彗星上吹出：（1）當氣體和伴生的塵埃從彗核上蒸發(fā)時所得到的初始動量.（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.這些效應的相互作用使每個彗尾看上去都不一樣.當然,物質蒸發(fā)到彗發(fā)和彗尾中去,消耗了彗核的物質.有時以爆發(fā)的方式出現(xiàn),比拉彗星就是那樣；1846年它通過太陽時破裂成兩個,1852年那次通過以后就全部消失.科學家估計一般接近太陽距離只有幾個天文單位的彗星將在幾千年內瓦解.
公元1066年,諾曼人入侵英國前夕,正逢哈雷彗星回歸.當時,人們懷有復雜的心情,注視著夜空中這顆拖著長尾巴的古怪天體,認為是上帝給予的一種戰(zhàn)爭警告和預示.后來,諾曼人征服了英國,諾曼統(tǒng)帥的妻子把當時哈雷彗星回歸的景象繡在一塊掛毯上以示紀念.中國民間把彗星貶稱為“掃帚星”、“災星”.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)上繞太陽運行的一種質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)、彗尾等結構.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,但其質量卻小得可憐,就連大彗星的質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、塵埃組成的,在遠離太陽時,它只是個云霧狀的小斑點；而在靠近太陽時,因凝固體的蒸發(fā)、氣化、膨脹、噴發(fā),它就產生了彗尾.彗尾體積極大,可長達上億千米.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(繞太陽公轉周期短于200年)和長周期(繞太陽公轉周期超過200年)彗星.目前,已經(jīng)計算出600多顆彗星的軌道.彗星的軌道可能會受到行星的影響,產生變化.當彗星受行星影響而加速時,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；當彗星減速時,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”.
彗星的結構
彗星沒有固定的體積,它在遠離太陽時,體積很??；接近太陽時,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2億多千米.彗星的質量非常小,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)和彗尾的物質極為稀薄,其質量只占總質量的1%--5%,甚至更小.彗星物質主要由水、氨、甲烷、氰、氮、二氧化碳等組成,而彗核則由凝結成冰的水、二氧化碳(干冰)、氨和塵埃微?；祀s組成,是個“臟雪球”.
彗星的起源
彗星的起源是個未解之謎.有人提出,在太陽系外圍有一個特大彗星區(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,一部分彗星進入太陽系內部,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；也有人認為彗星是在木星或其它行星附近形成的；還有人認為彗星是在太陽系的邊遠地區(qū)形成的；甚至有人認為彗星是太陽系外的來客.
因為周期彗星一直在瓦解著,必然有某種產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動的彗星群.這個概念得到觀測的支持,觀測到非周期彗星以隨機的方向沿著非常長的橢圓形軌道接近太陽.隨著時間的推移,由于過路的恒星給予的輕微引力,可以擾亂遙遠彗星的軌道,直至它的近日點的距離變成小于幾個天文單位.當彗星隨后進入太陽系時,太陽系內的各行星的萬有引力的吸力能把這個非周期彗星轉變成新的周期彗星（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,過去幾個世紀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.迄今還沒有找到一種方法來探測可能與太陽結成一套的大量彗星,更不用說那些與其他恒星結成一套的彗星云了.
彗星云的總質量還不清楚,不只是彗星總數(shù)很難確定,即使單個彗星的質量也很不確定.估計彗星云的質量在10-13至10-3地球質量之間.
彗星的性質
彗星的性質還不能確切知道,因為它藏在彗發(fā)內,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.通常,這些譜線表明存在有OH、NH和NH2基團的氣體,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分解的結果,這些化合物凍結的冰可能是彗核的主要成分.科學家相信各種冰和硅酸鹽粒子以松散的結構散布在彗核中,有些象臟雪球那樣,具有約為0.1克/立方厘米的密度.當冰受熱蒸發(fā)時它們遺留下松散的巖石物質,所含單個粒子其大小從104厘米到大約105厘米之間.當?shù)厍虼┻^彗星的軌道時,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的一部分.因此,人們很想設法獲得一塊彗星物質的樣本來作分析以便對太陽系的起源知道得更多.這一計劃理論上可以作到,如設法與周期彗星在空間做一次會合.目前這樣的計劃正在研究中.
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.這說明彗星中富含有機分子.許多科學家注意到了這個現(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－第三紀界線附近地層的有機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物質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.