彗星.哈雷彗星

太阳系形成时,燃烧的太阳向外掷出了许多碎屑,其中的一部分~小行星~在木星和火星的轨道间聚集起来,成为小行星带。
大一点的碎屑则在太阳系外缘集结起来,混杂了许多冰。这些"脏雪球"形成了奥特尔星云,那是~彗星~的家。有些彗星有着长环状的轨道,与内层的行星轨道相交叉。它们象小行星一样给地球造成威胁,因为碰撞在所难免。
更小一点的宇宙碎片被称为~流星体~,它们在到达地表之前就在~大气层~中燃烧殆尽了。燃烧时形成~流星~,到达地表的称为~陨石~。
每一次撞击,无论大小都是~银河系~和太阳系形成过程的一部分,它们对星球存亡的影响远比我们想象的要大得多,它们在不断塑造星球的同时也导致了大量星球的毁灭。

  彗星是由一些未挥发的冰块组成的小而脆弱的天体。彗星的轨道是不对称的椭圆形,这使得它们可以非常接近太阳,也可离太阳十分遥远。彗星经常比冥王星更为遥远。彗星的结构多种多样且十分不稳定,但所有彗星都裹着一层称为彗发的挥发性物质,彗发随着彗星逐渐接近太阳而渐渐变大变亮。在彗发中央,常可见到小而明亮的彗核(直径小于10公里)。彗发和彗核一起组成了彗头。
    当彗星接近太阳时,在背向太阳的方向,自彗头会伸展出一条长逾几百万公里的明亮彗尾。当它们远离太阳时,由于温度很低,彗头中的挥发性物质便渐渐在彗核上凝固。由于组成彗星的物质一半以上是冰,所以它们也常被称作“脏雪团”或“脏雪球”。当彗星离太阳非常近时,彗核的表面由于升温而开始蒸发。汽化的微粒夹带了微小的沙粒,组成了彗发的气体和尘埃。
    当彗核凝固时,它仅能靠反射的阳光被看到。而当彗发产生后,尘埃反射了更多的阳光,彗发中的气体吸收紫外线并开始发出荧光。在离太阳很近的地方,荧光常常变得比反射光更为强烈。彗星吸收紫外线后产生了化学反应并释放出氢,氢脱离彗星的引力,产生了一个氢包层。由于大气的吸收,这个包层在地球上是无法看到的,但它能被探测器所发现。
    由于彗头中物质的大小和质量不一致,在太阳射线冲击力和太阳风的作用下,彗头中物质被吹离时的速度也不一致。因此,相对巨大的尘埃彗尾加速度较小而且是弯曲的。离子彗尾由于质量小而加速度较大,看上去它几乎是彗星相对于太阳的一直线。左上的West彗星便显示了两条不同的彗尾。细小蓝色的离子彗尾是由气体组成的,粗大白色的彗尾是由微小尘埃组成的。
    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。

哈雷彗星

   英国天文学家哈雷是大科学家牛顿的密友。牛顿的经典名著《自然哲学的教学原理》就是在哈雷的鼓励和经济资助下得以出版的。哈雷用牛顿的万有引力定律准确地计算和预言了彗星的行踪,对刚提出不久的这一定律给予了有力的支持。他是全力计算彗星轨道的第一人。此外,他还建立了南半球的第一座天文台,编制了第一份南天星表。哈雷晚年被任命为英国皇家格林尼治天文台第二任台长。他在天文学的许多方面都有相当突出的贡献。在哈雷以前,人们一直以为天空中每次出现的彗星都是一位新的“过客”,而从未想到它们与先前的彗星有什么联系。1705年,哈雷发现,1531年和1607年先后出现的大彗星,与1682年他本人看见的那颗彗星在天空中运行的轨道十分相似,它们出现的时间间隔约为七十五六年。哈雷据此推测,这其实是同一颗彗星,它沿着扁长的椭圆轨道绕太阳运行,并预言这颗彗星将于1758年再次回归。果然,大彗星于这一年如期而归。那时哈雷已经去世,人们为了纪念他,便将这颗彗星称“哈雷彗星”。

在所有的彗星中,哈雷彗星是最著名的一颗,1758年以后它又曾三度回归,时间分别是1835年、1910年以及1986年。1910年哈雷彗星回归时,天空中景象壮丽至极,彗尾长逾2亿千米,横越大半个天穹,像银河那样宽阔明亮。1986年回归时,在地球上的观测条件甚为不利;但是专程前往考察的几艘宇宙飞船却获得了空前重要的观测资料。人们由此得知,哈雷彗星的彗核就像个马铃薯,长轴约15千米,短轴约8千米,大部分表面覆盖着一薄层黑色尘埃和砾石物质。彗核上地形不平,分布着山脊、山脉和环形山。此外,还发现从彗核朝太阳方向射出大量气体和尘埃的喷流,射程可达数千千米。据估计,每秒钟从彗核喷出的水蒸汽就达十多吨之巨。天文学家通过研究彗尾,发现哈雷彗星中有大量微小的尘埃,每个尘粒的质量不到10-10克,直径不过万分之一毫米。通过光谱研究,天文学家们又获悉哈雷彗星的主要化学成分是碳、氢、氧、氮等元素,这与人们早先对彗星化学成分的认识基本相同。

 埃德蒙·哈雷,出生于1656年的英国,20岁毕业于牛津大学王后学院。此后,他放弃了获得学位的机会,去圣赫勒纳岛建立了一座临时天文台。在那里,哈雷仔细观测天象,编制了第一个南天星表,弥补了天文学界原来只有北天星表的不足。哈雷的这个南天星表包括了381颗恒星的方位,它于1678年刊布,当时他才22岁。1680年,哈雷与巴黎天文台第一任台长卡西尼合作,观测了当年出现的一颗大彗星。从此他对彗星发生兴趣。
  哈雷在整理彗星观测记录的过程中,发现1682年出现的一颗彗星的轨道根数,与1607年开普勒观测的和1531年阿皮延观测的彗星轨道根数相近,出现的时间间隔都是75或76年。哈雷运用牛顿万有引力定律反复推算,得出结论认为,这三次出现的彗星,并不是三颗不同的彗星,而是同一颗彗星三次出现。哈雷以此为据,预言这颗彗星将于1759年再次出现。1759年3月,全世界的天文台都在等待哈雷预言的这颗彗星。3月13日,这颗明亮的彗星拖着长长的尾巴,出现在星空中。遗憾的是哈雷已在17年前辞世。人们根据哈雷的计算,预测这颗彗星将于1835年和1910年回来,结果,这颗彗星都如期而至。这颗彗星就是今天几乎人人皆知的“哈雷彗星”。
  此外,哈雷发现了恒星的自行,这又是一个重大发现。哈雷还提出利用金星凌日的机会,去测定日、地距离,为当时精确测定地球与太阳的距离提供了很好的方法。他还发现了月亮运动的长期加速现象,为精密研究地、月系的运动作出了重要贡献。
  哈雷于1742年逝世。

   人类计算出轨道并且准确预报回归周期的第一颗彗星。20世纪它回归了两次,1910年和1986年,下次回归要等到2062年了。哈雷彗星1910年回归时达到了极其壮观的程度,彗尾在天空中的张角达140°,亮度比金星还亮。人们举办了集会、舞会等各种各样的活动迎接它的回归,还拍摄了许多以彗星为题材的电影,盛况空前。哈雷彗星1986年回归的时候不如1910年时壮观, 但是人类已经掌握了航天技术,派出了6艘宇宙飞船到空间进行观测,首次拍到了哈雷彗星的核,证实惠普尔50年代提出的彗核像个“脏雪球”的说法是正确的。

 著名的哈雷彗星绕太阳运行平均周期是76年,出现的时候形态庞然,明亮易见。中国古人很早就开始了对哈雷彗星的记载。
  从春秋战国到清末2000多年间,共作过31次记录,其中以《汉书·五行志》元延元年(公元前12年)记载的最详细。
  “元延元年七月辛未,有星孛于东井,践五诸侯,出河戊北,率行轩辕、太微,后日六度有余,晨出东方。十三日,夕见西方,......锋炎再贯紫宫中。......南逝度犯大角、摄提。至天市而按节徐行,炎入市中,旬而后西去;五十六日与苍龙俱伏。”
  这些生动而又简洁的语言,把气势雄壮的彗星运行路线、视行快慢 以及出现时间生动的描写在了纸上,其它的每次哈雷彗星出现的记录,也相当明晰精确,分见于历代天文志等史书。
  在西方,关于哈雷彗星的记载,一般书籍认为最早是在公元66年,但是还可上溯到公元前11年,欧洲已有哈雷彗星的观测记载。不过,这也还比我国春秋战国时的可靠记载晚了好几百年。谁最早发现了哈雷彗星
  我国是世界上记录彗星最早的国家。早在三千多年以前,周武王率领大军征伐商纣王,队伍走到共头山时,一颗彗星从东方升起。古书《淮南子》讲了这个故事。我国当代著名天文学家张钜哲利用电子计算机算出,这颗善星就是哈雷彗星。但由于它记载过于简单而未被公认。公元前613年,鲁国天文学家和周朝史官,同时观测到一颗彗星扫过北斗,这是世界上关于哈雷彗星的最早记录。
  世界公认的最早的一次哈雷彗星的观测记载见于《史记·秦始皇本纪》。书中写道,秦王政七年 (公元前240年),"彗星光出东方,见北方,五月见西方……彗星复见西方十六?quot;。这比外国最早的有关彗星的记录-古罗马的记载 (公元前12年)早228年。并且从公元前240年这年起,哈雷雪星的每次出现,我国史书都有记载。这在世界上也是最完整的。甚至连彗星发光的原因,一千多年前的《晋书》中都谈到了。书中写道,彗星本没有光,在它接近太阳的时候,靠反射太阳光才发出光来。
  中国人最早发现哈雷彗星,并对它做出详细记载,但却没有掌握它的运行规律及预报它重新出现的时间。
  1704年,英国著名天文学家哈雷在研究彗星时,发现1531年和1607年先后出现的彗星,和他1682年亲自观测到的一颗彗星在空中运行的轨道十分相似,它们相隔出现的时间是76年。哈雷猜想,它们可能是同一颗彗星。于是,哈雷大胆地预言, 76年后的1758年,这颗彗星将重新出现。到了1758年,这颗彗星果然来了,当时哈雷己经去世,人们为了纪念他的功绩,便把这颗彗星叫做 "哈雷彗星"。

  除了形态与众不同之外,彗星的轨道也充满了特色。和一般行星的公转轨道不同,彗星的轨道通常是长而扁的椭圆形,此外还有抛物线和双曲线等等形态。由于轨道的特殊性,导致这些彗星的公转周期相当之长,可以达到几百年甚至上万年。某些则干脆就只是太阳系的一个匆匆过客,离开了就再也不会回来了。这也给人们观测彗星带来了不少困难。某些时候,错过了一次观测机会,就有可能要等上上万年才能再睹这颗彗星的芳容。类似于哈雷彗星这样76年一会的,已经可以算得上是常客了。

1986年出现的哈雷慧星

1986年3月6日,苏联宇宙飞船“维加一号”飞入了离哈雷彗星5500英里距离范围内,拍发回第一批彗星的冰核照片。这艘宇宙飞船按照地面指令操作,将几部照相机对准彗星,逐渐接近,并在3小时内传送了大约500幅电视图像。 美国和其他许多国家的科学家们被邀请到莫斯科,亲自观看“维加一号”与哈雷彗星相遇时的情景,这颗彗星每76年才能返回地球一次。来自宇宙飞船和科学仪器的预测数据表明,这颗彗星的核是由冰组成的,大约有3英里直径,太阳的热能使彗星融化释放气体,这样我们就看见彗星有一条尾巴。事实上,这条尾巴要比过去料想的大2至3倍。

 

彗星结构图

哈雷彗星轨道示意图

乔托号彗星探测器拍摄到的哈雷彗星的花生状慧核

  人类第一次近距离观测彗星,由1985年NASA的探测器“国际彗星探险者号”完成。这个探测器原本打算对太阳进行观测,后来才改道考察彗星。

  在1986年的彗星探测热潮中,前苏联和日本各发射了两个彗星探测器。但ESA的“乔托”号探测器成功接近了哈雷彗星。这个探测器飞到了距离哈雷彗星彗核不到600千米的地方,冒着被彗星散发出的尘埃粒子击毁的危险,成功地拍下了哈雷彗星花生形状般彗核的照片。

  1999年2月,NASA发射了星尘号彗星探测器。2004年1月初,星尘号成功地在距离Wild-2彗星150公里的地方收集到彗核发出的物质,并将于2006年1月带着采集到的样品返回地面。

  NASA的另一个彗星探测器“深空撞击号”(Deep Impact)也将于2004年底升空。这个探测器将把一个小的探测器投向Tempel-1彗星,在其表面撞出一个大坑,借此机会研究彗核的组成。

哈雷慧星回归探测

  哈雷慧星是人类最早发现的一颗周期慧星。1682年英国天文学家哈雷(Edmund Halley)观测到这个太阳系中最明亮最活跃的慧星,并推算哈雷慧星每隔76年到达离地球最近点一次。它的回归是人们十分关注的一种天文现象。198629日是本世纪第二次也是最后一次回归地球,这是探测的一个难得机会。因此世界上一些国家纷纷研制发射探测器,在哈雷慧星飞离地球最近的19851127日和1986411日前后窥探它的真实面貌。

  维加号探测器

  前苏联于19841215日和21日先后发射维加1号和2号自动行星际站。这种探测器重4吨,装有质谱仪,磁强计,电子分析器,电视摄像机及其他科学探测装置。198636日,维加1号到达距哈雷慧核8900千米处,首次拍摄到慧核照片,显示出慧核是由冰雪和尘埃粒子组成的。维加2号于39日从距慧核8200千米处飞过,拍摄到了更清晰的慧核照片。经过比较分析,科学家认为哈雷慧核的形状如同花生壳模样,长约11千米,宽4千米。维加号探测器还首次发现慧核中存在二氧化碳,并找到了简单的有机分子,因此科学家认为从慧核中可寻找到生命的起源。

  乔托号探测器

  198572日,欧洲空间局发射一个名叫乔托号的哈雷慧星探测器。它的外形是一直径1.8米,高3米的圆柱体,重950千克。飞行8个月后,于1986314日从哈雷慧核中心607千米处掠过,拍摄了1480张慧核照片。照片上显示慧核形状凸凹不平,参差不齐,慧核长15千米,宽8千米,比维加事情测得的数据大一些。乔托号对哈雷慧星的探测具有重要价值。

  先驱者号和慧星号探测器

  日本于198518日发射一个先驱者号慧星探测器。这个探测器呈圆筒形,直径1.4米,高0.7米,重138千克。它在1986311日从慧核700万千米的地方飞过。日本于同年819日还向哈雷慧星发射了一个慧星号探测器,198638日从距慧核15万千米的地方掠过,拍摄到了慧发周围的氢冕。

  国际日地探测卫星3

  美国启用还在太空运行但已完成探测任务的国际日地探测卫星3号来担负探测哈雷慧星的使命。它是1978812日发射上天的。美国把它的轨道以修正,利用星上的6台仪器观测慧星,并易名为国际慧星探测者。1986328日从哈雷慧星背日面的慧尾掠过时,探测了哈雷慧星周围的环境特性。  

      这次对哈雷慧星回归的探测,使人们得到了一幅比较完整的哈雷慧星图像。