彗星：你需要知道的關(guān)于太空“臟雪球”的一切 _彗星

洛夫喬伊彗星是2011年11月發(fā)現(xiàn)的長周期彗星。(圖片來源:Jim Miller via Getty Images)
據(jù)美國太空網(wǎng)（黛西·多布里耶維奇）：彗星被定義為大約46億年前太陽系形成時遺留下來的凍結(jié)氣體、巖石和塵埃的冰體。
它們以高度橢圓形的軌道繞太陽運行，需要幾十萬年才能完成。根據(jù)月球和行星研究所的說法，當(dāng)彗星接近太陽時，它會迅速升溫，導(dǎo)致固態(tài)冰通過一種稱為升華的過程直接變成氣體。氣體中含有水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳和其他微量物質(zhì)，最終被掃入獨特的彗星尾部。
根據(jù)美國宇航局的說法，科學(xué)家有時稱彗星為臟雪球或雪臟球，這取決于它們是否包含更多的冰物質(zhì)或巖石碎片。
根據(jù)美國宇航局的數(shù)據(jù)，截至2023年1月，目前已知的彗星數(shù)量為3743顆。盡管人們認(rèn)為還有數(shù)十億顆行星在海王星之外的柯伊伯帶和遠(yuǎn)在冥王星之外的奧爾特云中繞著太陽運行。
偶爾，一顆彗星劃過內(nèi)太陽系；有些人定期這樣做，有些人每隔幾個世紀(jì)才做一次。許多人從未見過彗星，但見過的人不會輕易忘記這場天象秀。
最近成為頭條新聞的彗星是最近發(fā)現(xiàn)的彗星C/2022 E3 (ZTF)，它將于2023年2月1日相對靠近地球，經(jīng)過2800萬英里(4200萬公里)以內(nèi) 。這顆引人注目的綠色彗星最后一次出現(xiàn)在我們附近是在5萬年前，這使得最后一批人仰望并見證了這位來自外太陽系深處的訪客，可能是非常早期的智人或尼安德特人。
希望自己觀察一顆彗星？我們關(guān)于最佳望遠(yuǎn)鏡和最佳雙筒望遠(yuǎn)鏡的指南能幫上忙。你也可以看看我們關(guān)于如何觀察和拍攝彗星的指南，以及我們最好的天文攝影相機(jī)和最好的天文攝影鏡頭。
彗星是由什么組成的？
彗星主要由彗核、彗發(fā)、氫包層、塵埃和等離子體尾組成。根據(jù)歐空局的說法，科學(xué)家們分析這些成分，以了解這些冰體的大小和位置。
彗核

67P/Churyumov-Gerasimenko彗星的彗核由Rosetta的OSIRIS窄角相機(jī)從177英里(285公里)的距離拍攝。(圖片來源:歐空局/羅塞塔OSIRIS團(tuán)隊的MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA)
彗核是彗星的固體核心，由凍結(jié)的分子組成，包括水、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氨以及其他無機(jī)和有機(jī)分子——塵埃。彗星的核心通常直徑約6英里(10公里)或更小。
彗發(fā)
隨著彗星越來越靠近太陽，彗核表面的冰開始通過升華過程變成氣體，在彗星周圍形成一層稱為彗發(fā)的云。據(jù)科學(xué)網(wǎng)站howstuffworks.com報道，彗發(fā)通常比彗核大1000倍。
氫氣包層
根據(jù)歐空局的說法，圍繞彗發(fā)的是一個長達(dá)620萬英里(1000萬公里)的氫包層，由氫原子組成。隨著彗星越來越靠近太陽，氫包層變得越來越大。
尾部

1997年3月14日拍攝的彗星C/1995 01 Hale-Bopp 。在這幅圖像中，你可以看到塵埃尾向右移動，而藍(lán)色離子尾指向遠(yuǎn)離太陽的方向。(圖片鳴謝:ESO/E. Slawik)
有兩種主要類型的彗尾，塵埃和氣體。彗星尾巴是由陽光和太陽風(fēng)形成的，并且總是指向遠(yuǎn)離太陽的方向。
隨著彗星接近太陽，彗尾變得越來越長，最終可能長達(dá)數(shù)百萬英里。當(dāng)太陽風(fēng)將彗發(fā)中的小粒子推入一條拉長的彎曲路徑時，就形成了塵埃尾。而離子尾由帶電的氣體分子形成。
當(dāng)彗星靠近太陽時，我們可以用肉眼看到許多彗星，因為它們的彗發(fā)和彗尾反射陽光，甚至因為它們從太陽吸收能量而發(fā)光。然而，大多數(shù)彗星太小或太暗，沒有望遠(yuǎn)鏡是看不見的。
彗星在身后留下一串碎片，可能會導(dǎo)致地球上的流星雨。例如，英仙座流星雨發(fā)生在每年的8月9日至13日之間，當(dāng)時地球穿過斯威夫特-塔特爾彗星的軌道。
彗星與專家的問答
我們向美國里賈納大學(xué)研究太陽系邊緣天體的天文學(xué)家Samatha Lawler博士詢問了一些關(guān)于彗星的常見問題。
Samatha Lawler博士是美國里賈納大學(xué)的天文學(xué)家，研究太陽系邊緣的天體。
薩馬塔·勞勒Samatha Lawler博士是美國里賈納大學(xué)的天文學(xué)家，研究太陽系邊緣的天體。
彗星是由什么組成的？
彗星由一點點巖石、幾種不同類型的冰(包括水、二氧化碳、氨和甲烷)和一點點復(fù)雜的有機(jī)分子組成。它們經(jīng)常被描述為“骯臟的雪球”，它們的形狀和組成總是讓我想起冬天結(jié)束時城市道路邊上古老、骯臟、冰冷的雪。
彗星什么時候可見？
彗星大部分時間都遠(yuǎn)離太陽，在太陽系非常寒冷的外圍，每隔幾千年甚至幾百萬年才會靠近太陽。
當(dāng)彗星接近太陽時，它們最容易被看到，它們表面的許多不同類型的冰開始升華(從固體變成氣體) 。這使得彗星從一個小而暗的巖石變成一個巨大的蓬松的氣體和塵埃云，這使得用望遠(yuǎn)鏡或者有時甚至只用你的眼睛就能更容易地看到它。隨著彗星變得越來越熱，它會長出一條長達(dá)數(shù)百萬英里的氣體和塵埃尾巴，總是指向遠(yuǎn)離太陽的方向。
彗星是如何形成的？
彗星是太陽系形成初期遺留下來的小冰塊。它們形成于形成八大行星的同一個氣體和塵埃盤，但因為它們形成于遠(yuǎn)離太陽的非常寒冷的地區(qū)，所以它們包含了更多的冰。
天文學(xué)家仍在測量彗星的成分，并進(jìn)行計算機(jī)模擬，以了解彗星形成的確切位置和方式，但它們很可能形成于我們太陽系的同一個區(qū)域，即今天冥王星等柯伊伯帶物體的軌道，并在太陽系歷史早期巨行星改變位置時分散到巨大的橢圓形軌道上。
彗星從哪里來？
我們偶爾在夜空中看到的彗星通常來自太陽系真正遙遠(yuǎn)的地方，它們在那里度過了我們大部分的時間。這個區(qū)域被稱為奧爾特云，它從柯伊伯帶延伸到最近的恒星。彗星可以運行到地球和太陽之間距離的幾十萬倍，然后在長達(dá)百萬年的軌道上慢慢回到內(nèi)太陽系。
這些彗星太小太暗，直到它們開始靠近太陽融化時才能被看到，你可能足夠幸運，在你的一生中能看到一些明亮的奧爾特云彗星。最著名的彗星，哈雷彗星，在一個更近的軌道上，并且正在迅速變暗，因為它每76年融化一次，失去了大量的揮發(fā)性物質(zhì) 。
業(yè)余天文愛好者如何看待彗星？
如果你有像樣的雙筒望遠(yuǎn)鏡或小型望遠(yuǎn)鏡，在夜空的某個地方總會看到一些微弱的彗星。一個偉大的數(shù)據(jù)庫與發(fā)現(xiàn)者圖表可在in-the-sky.org 。下一顆明亮的彗星可能是2024年秋天的Tsuchinshan-ATLAS彗星，但在它接近太陽并開始令人印象深刻地升華之前，我們不會知道它會變得多么明亮。
彗星軌道
天文學(xué)家根據(jù)彗星圍繞太陽運行的時間長短對它們進(jìn)行分類。短周期彗星大約需要200年或更少的時間完成一個軌道，長周期彗星需要200年以上，單顯靈彗星并不局限于太陽，它們的軌道將它們帶出太陽系。最近，科學(xué)家還在主小行星帶發(fā)現(xiàn)了彗星——這些主帶彗星可能是內(nèi)側(cè)類地行星的關(guān)鍵水源。
科學(xué)家認(rèn)為，短周期彗星，也稱為周期性彗星，來自海王星軌道以外的一個被稱為柯伊伯帶的盤狀冰天體帶，與外部行星的引力相互作用將這些天體拖入內(nèi)部，在那里它們成為活躍的彗星。長周期彗星被認(rèn)為來自更遠(yuǎn)的近球形奧爾特云，它被經(jīng)過的恒星的引力向內(nèi)拋出。2017年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，大型長周期彗星的數(shù)量可能比之前想象的多7倍。
一些被稱為“掠日者”的彗星直接撞向太陽，或者靠得太近，以至于分裂并蒸發(fā) 。一些研究人員還擔(dān)心彗星也可能對地球構(gòu)成威脅。

智利阿塔卡馬沙漠中帕拉納爾山后面的麥克諾特彗星(彗星C/2006 P1) 。這張照片拍攝于2007年1月。麥克諾特彗星是自1965年以來看到的最亮的彗星，在某些地方，它甚至可以在白天用肉眼看到！(圖片來源:S. Deiries/ESO)
彗星是如何得名的？
彗星通常以其發(fā)現(xiàn)者的名字命名。例如，蘇梅克-列維9號彗星得名于它是尤金、卡羅琳·舒梅克和大衛(wèi)·列維發(fā)現(xiàn)的第九顆短周期彗星。航天器被證明在發(fā)現(xiàn)彗星方面也非常有效，因此許多彗星的名字都包含了諸如SOHO或WISE等任務(wù)的名稱。
有史以來最大的流星風(fēng)暴
在古代，彗星激發(fā)了人們的敬畏和警惕，“長毛星”看起來像火焰劍，不可預(yù)測地出現(xiàn)在天空中。通常，彗星似乎是厄運的預(yù)兆——已知的最古老的神話，巴比倫的“吉爾伽美什史詩”，描述了彗星到來時的火、硫磺和洪水，羅馬皇帝尼祿通過處決所有可能的王位繼承人，將自己從“彗星的詛咒”中拯救出來。這種恐懼不僅僅局限于遙遠(yuǎn)的過去——1910年，芝加哥的人們封住了窗戶，以保護(hù)自己免受他們認(rèn)為是彗星有毒尾巴的傷害。
幾個世紀(jì)以來，科學(xué)家們認(rèn)為彗星在地球的大氣層中運行，但在1577年，丹麥天文學(xué)家第谷·布拉尼的觀測顯示，彗星實際上運行到了月球以外的地方。艾薩克·牛頓后來發(fā)現(xiàn)彗星以橢圓、卵形軌道繞太陽運行，并正確預(yù)測它們可以一次又一次地返回。
幾個世紀(jì)以來，中國天文學(xué)家對彗星進(jìn)行了廣泛的記錄，包括至少可以追溯到公元前240年的哈雷彗星觀測，以及為后來的天文學(xué)家提供了寶貴資源的歷史記錄。
彗星任務(wù)
一些任務(wù)已經(jīng)冒險去彗星。
美國宇航局的深度撞擊項目在2005年將一個撞擊器撞上了坦普爾1號彗星，并記錄下了這場戲劇性的爆炸，揭示了原子核的內(nèi)部組成和結(jié)構(gòu) 。該飛行任務(wù)還包括一次飛越哈特利2號彗星，并在一次延長的飛行任務(wù)中對加拉德彗星進(jìn)行遙感。

坦普爾1 67秒后，美國國家航空航天局的深度撞擊的撞擊器飛船撞上了彗星。這幅圖像是由任務(wù)中的飛行器上的高分辨率相機(jī)拍攝的。(圖片來源:美國宇航局/JPL加州理工學(xué)院/UMD)
2009年，美國國家航空航天局宣布，星塵號任務(wù)期間從懷爾德2號彗星返回的樣本揭示了生命的基石——甘氨酸。這是第一次在彗星中發(fā)現(xiàn)氨基酸。
2014年，歐洲航天局的羅塞塔飛船進(jìn)入了67P/Churyumov-Gerasimenko彗星周圍的軌道。菲萊著陸器于2014年11月12日著陸。在羅塞塔任務(wù)的眾多發(fā)現(xiàn)中，第一次探測到彗星表面的有機(jī)分子；彗星67P/丘留莫夫-格拉西緬科的一首怪歌；這顆彗星奇怪的形狀可能是由于它旋轉(zhuǎn)分開，或者是兩顆彗星融合在一起的結(jié)果；事實上，彗星可能擁有堅硬、酥脆的外部和冰冷但柔軟的內(nèi)部，就像油炸冰淇淋一樣。2016年9月30日，羅塞塔號故意在彗星上著陸，結(jié)束了它的使命。
2019年6月19日，歐空局選擇彗星攔截器任務(wù)作為最后一次“fast”或F級任務(wù) 。這項新任務(wù)將在一顆尚未發(fā)現(xiàn)的彗星進(jìn)入內(nèi)太陽系時對其進(jìn)行攔截。該任務(wù)由三個航天器組成，它們將從不同角度捕捉彗星的快照，創(chuàng)建該物體的3D輪廓，并描述其表面、成分、形狀和結(jié)構(gòu) 。彗星攔截器將于2029年發(fā)射。
著名的彗星
哈雷彗星可能是世界上最著名的彗星，甚至在記載1066年黑斯廷斯戰(zhàn)役的貝葉掛毯中也有描繪。當(dāng)它靠近太陽時，大約每隔75年肉眼就能看到它。當(dāng)哈雷彗星在1986年靠近地球時，五個航天器飛過它并收集了前所未有的細(xì)節(jié)，足夠接近以研究它的核心，它通常被彗星的彗發(fā)所掩蓋。
這顆大致呈土豆形狀、9英里長(15公里)的彗星包含等量的冰和塵埃，其中約80%的冰由水組成，約15%由凍結(jié)的一氧化碳組成。研究人員認(rèn)為其他彗星在化學(xué)成分上與哈雷彗星相似。哈雷彗星的彗核出乎意料地呈深黑色——它的表面，或許還有其他大多數(shù)表面，顯然被覆蓋在大部分冰上的黑色塵埃外殼所覆蓋，只有當(dāng)外殼中的孔洞將冰暴露在陽光下時，它才會釋放氣體。
1994年，蘇梅克-利維9號彗星與木星發(fā)生了壯觀的碰撞，這顆巨大行星的引力將彗星撕裂，造成至少21次可見的撞擊。最大的一次碰撞產(chǎn)生了一個火球，上升到木星云頂上方約1800英里(3000公里)處，以及一個直徑超過7460英里(12000公里)的巨大黑斑——大約相當(dāng)于地球的大小——據(jù)估計，爆炸的力量相當(dāng)于6000千兆噸TNT 。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡于1994年5月17日拍攝到了舒梅克-列維9號彗星的碎片。這些碎片于1994年7月撞擊了木星。(圖片來源:NASA/ESA/H. Weaver和E. Smith (STSci))
一顆高度可見的彗星是海爾-波普彗星，它在1997年出現(xiàn)在距離地球1.22億英里(1.97億公里)的地方。它異常巨大的核心釋放出大量的塵埃和氣體——估計直徑約為18至25英里(30至40公里)——肉眼看起來很亮。
ISON彗星預(yù)計將在2013年進(jìn)行一場壯觀的表演。然而，太陽食草動物在與太陽的近距離接觸中沒有幸存下來，并于同年12月被摧毀。
2021年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了有史以來最大的彗星。彗星C/2014 UN271或Bernardinelli-Bernstein以其發(fā)現(xiàn)者賓夕法尼亞大學(xué)研究生Pedro Bernardinelli和天文學(xué)家Gary Bernstein的名字命名，于6月23日被正式指定為彗星。天文學(xué)家估計這個冰體的直徑為62英里至124英里(100公里至200公里) ，比典型的彗星寬10倍左右。這顆彗星將在2031年最接近我們的星球，但即使在那時也將保持相當(dāng)?shù)木嚯x 。