《史记·秦始皇本纪》中记载的“扫把星”，竟然就是大名鼎鼎哈雷彗星？| 尧中华——科学讲坛

《史记》里面就记录了这个彗星，

但为什么这个彗星最后命名是哈雷呢？

尧中华·中国科学院地质与地球物理研究所特聘研究员

格致校园第33期 | 2023年5月12日 北京

大家好！我是来自中国科学院地质与地球物理研究所的尧中华。今天我要分享的，是一种非常有趣、非常震撼的太空奇观，我给它取个名字叫“太空精灵”，它就是彗星。

太阳风中的舞者

那首先我们来看一下彗星长什么样，有一个直观的印象。

▲ Comet Leonard (C/2021 A1)

Image credit: Gerald Rhemann, Royal Museums Greenwich

这张图获得了2022年度的天文摄影年度最佳奖。图的主人翁就是一颗彗星，名字叫莱昂纳德彗星。听这个名字，我们大概就可以猜出来它是由一位叫莱昂纳德的人发现的。

彗星有很多，现在发现的有几千颗，每一颗都有一个编码。那莱昂纳德彗星的编码C/2021 A1是什么意思呢？这个编码里面有很重要的信息。“2021”代表它是2021年被发现的一颗新彗星，“C”指的是它的轨道周期特别长，它绕一圈回来需要几百年的时间或者是永远都不回来。可以确定我们有生之年不会再看到这颗彗星了，除非大家能够活几百岁。这个“A1”指的是2021年被发现的第一颗彗星，人类每年都会发现好多个新彗星。

我们再来看这个彗星本身，它有一条长长的尾巴。彗星之所以绚丽，就是因为它的尾巴非常漂亮，就好像穿了一件非常漂亮、宽大的裙子在翩翩起舞。可以看到它的尾巴有有非常多层状的条带，实际上这个彗星已经被分裂成几个小的区域了，可以看到有一团一团的物质。给我们直观的感受就是非常震撼。

一个彗星本身可能就是几公里、几十公里。但当它距离地球很近的时候，尾巴可以到几百万公里，是非常长的。在彗星最前头的脑袋上，还有一点点的绿色。这个绿色到底是什么原因导致的，后面也会给大家介绍。

太阳系中的任何的天体包括彗星都受到太阳的光照。除了光照以外，太阳还会喷发出大量的物质，相当于太阳上面一直有氢弹爆炸炸出物质。这些物质会扫过太阳系所有的天体，我们叫它太阳风。这张照片拍摄的是正好太阳风吹过来的一个静态瞬间。如果我们到太空中，用一个特殊的仪器，就可以看到跃动的彗星和彗尾。

我刚才说，整个太阳系中所有的物体都要受到太阳风的影响。当彗星在太阳系中游移的时候，它就会持续受到来自太阳的“吹拂”，就拖出来一条长长的尾巴。相当于是一位穿着很漂亮、很飘逸裙子的精灵舞者，她的裙摆被风给吹起来一般。

来自远方的“脏雪球”

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为什么彗星本身很小，但有一条长长的尾巴？那首先，我们就要认识彗星是什么。彗星有个非常形象的名字，叫“脏雪球”。

从名字中可以得到两个重要的信息，一个它是一个雪球，是水冰凝结起来的一个物体。另一个就是脏，说明它有很多的尘埃、小石块等等。所以它是一个以水冰物质为主体、里面有一些尘埃物质等组成的一个混合体，跟我们的雪球很类似。

彗星有各种各样的形状。像这颗彗星由两个主体组成，一个小小的脑袋，一个大大的身体，跟我们堆的雪人非常像。它是大自然在太空中堆的雪人，很可能两个彗星不小心碰到一起形成的。就跟我们堆雪球一样，也是先堆身体，再堆脑袋，最后给它叠到一起，非常类似。

还有的彗星不是多个部分组成的，它就是一个部分。比如这颗，就像是一个土豆。

刚才说了脏雪球的组成，那它靠近太阳的时候，是不是就会蒸发，就会冒气？冒气的过程中它再往前跑，后面就会拖出来一条长长的尾巴。这条尾巴里有水汽、有尘埃，所以叫尘埃尾。

大家知道彗星有多少条尾巴吗？实际上，彗星除了尘埃尾，它还有一条尾巴叫离子尾。尘埃尾是中性的，离子尾是带电的，它们是有两个不同的来源。

彗星是在太阳系中运动，太阳吹出来的太阳风是带电物质，所以说离子尾实际上是太阳吹过去拉出来的一个尾巴，所以是对着太阳的。而尘埃尾巴是甩在后面的。

我们要研究彗星，首先就要观测彗星。我们有两种观测方式，一种当然就是我们掏出手机拍个照成像。就像前面那张图，获得了年度最佳摄影奖，但它不是年度最佳科研奖。摄影能给人带来一种震撼的效果，是我们欣赏大自然的一种非常重要的手段。

▲ 成像：长什么样

而且它也能做研究，这个图是我国的商用卫星“仰望1号”拍摄的莱昂纳德彗星。它不是一次拍摄，而是每天拍很多次，然后叠在一起。这是从2021年11月30号到2021年12月6号连续的拍摄。随着时间的推移，可以看到彗星尾巴越来越长，这说明尾巴里面的物质越来越多。尾巴是太阳光照辐射出来的，所以当离太阳越来越近，拖出来的尾巴自然就是越来越长。

我们做科研，还要用另一种非常重要的手段来观测卫星，叫光谱拍摄。在大自然中，就有一种自然的光谱，就是彩虹。红橙黄绿青蓝紫，不同的颜色实际上对应太阳光中不同的波长。比如波长600多纳米就是红光，500多纳米就是绿光。用光谱拍照，我们就可以知道它是多少纳米波长的光的辐射，就能看出彗星到底是什么成分。

譬如说这张图，就是我们课题组申请用兴隆2.16米望远镜对莱昂纳德彗星进行的光谱拍摄，连续拍了好多天，看彗星物质的演化。其中在500多纳米的地方有一个峰值，叫二元碳，这种分子发出的就是绿光，所以就能解释这个彗星的脑袋为什么有一抹绿。

光谱研究还可以告诉我们很多其他的成分信息，比如有没有水、有没有氮等。这颗彗星来自遥远的太阳系外，相当于是从很远的地方过来的一个信使，所以我们要通过光谱把这些信息接收下来。

所以为什么我要申请那么大口径的望远镜，用很珍贵的观测时间来观测这个彗星？一方面，我们通过大望远镜的拍摄，知道彗星到底什么成分，它来自哪儿。另一个方面，这也可以推测宇宙中另一个地方它到底由什么样的成分、物质组成的。

但对于我来说，还有一点小小的个人乐趣。当我发现这个彗星的轨道周期是8万年的时候，我心情很激动。

我的第一印象不是这个彗星到底能告诉我们它有什么样的物质成分，什么样的演化。我想的是，上一次它来的时候，我们人类刚从非洲大陆走出来。下一次它要再来，按照现在科技发展的速度，我们说不定都已经是人和人工智能的结合体了，已经在太阳系中游历了。所以这是这颗彗星唯一一次和我们这代人类接触的机会，我一定要把它的信号给捕捉下来，留下一个宝贵的知识库。即使这颗彗星将来走了，我们还可以进一步地分析研究它留下的信息。

两千年前中国记录的彗星，为什么以哈雷为名？

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人类对彗星的观测研究，肯定不是今天才开始的。在中国古代，彗星还有一个不太好的名字，叫扫把星。一听就不是一个特别善良可亲的名字，但真的是长得很像。

在古籍中还有很多相关记载，譬如《史记·秦始皇本纪》记载的“七年，彗星先出东方，见北方，五月见西方。将军骜死。”说彗星出来，这个将军死了。然后没过多久，“彗星复见西方十六日。夏太后死。”彗星一出来，就没什么好事。

现代科学让我们知道，这纯属巧合。但是在古代，因为大家对这个东西认识不清楚，就会把各种没有关系的东西和它进行关联，从而产生恐惧的心理。

而在《史记·秦始皇本纪》里面记载的这颗彗星，正是迄今为止数千颗彗星里面最有名的一颗彗星。它有个响亮的名字——哈雷彗星。

▲ 世界最早彗星图：长沙马王堆汉墓帛书中的彗星图

2300 年前

除了文字记载，我们还有图画记载。这是在长沙马王堆出土的汉墓帛书，记录的是2300多年前的事情。可以看到，上面画了很多很多不同形状的彗星尾巴，这是中国最早的彗星图记录，也是世界最早的彗星图。

▲ 1577年，全欧洲看到的大彗星，C/1577 V1

欧洲也有类似的记录。比如说1577年有一颗全欧洲都能看见的大彗星，很多著名的科学家、天文学家像第谷·布拉赫等都有记载。

▲ 1 066 年贝叶挂毯中的彗星图

在1066年的贝叶挂毯中，老百姓都往皇宫上面看，有一个彗星在上面。所以欧洲也有很多的图像记载，但都是在中国之后1000多年才有的。

那么，既然《史记》里面就记录了这个彗星，但为什么这个彗星最后命名是哈雷呢？那一定是哈雷在认识这颗彗星上取得了一个非常重要的进步，功绩非常大。

▲ 哈雷（Edmond Halley）

在哈雷之前，每一次彗星观测都是孤立的，我们不知道彗星是依照轨道周期性运动的。到哈雷这个时候，牛顿力学已经建立了，人类对这些天体的轨道运动已经理解得比较成熟了。

哈雷敏锐地发现到历史古籍中的3次记载，也就是1531年、1607年和1682年这3次，它是间隔性出现的，所以他认为这是一个周期性出现的彗星。并且再加上一个76年，就是1758年，他预测它会再次出现。后来这颗彗星真的就回来了。为了纪念这一成就，就把它命名为哈雷彗星，也就是1P/Halley。

哈雷彗星上一次到地球的时候是1986年，当时世界正处于一个激烈竞争的环境中。但是哈雷彗星的到来让整个世界由竞争转向合作，包括美国、欧洲、苏联、日本的6个探测器同时向哈雷彗星的不同的位置，它的前面、中间、后面进行探测，把整个哈雷彗星周围的环境给捕捉下来，这也是迄今为止人类深空探测中里程碑式的事件。

到今天为止，要实现这种联合探测的机会都不多，但当时就已经实现了。哈雷彗星下一次回归是2061年，那时我大概是做不动科研了，但是在座的各位同学可以好好关注一下。

太阳系的时间胶囊

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前面讲到，我们对哈雷彗星的认识是通过多颗卫星从彗星周围探测到的。但是彗星上面到底是什么样的？要想知道最最关键的信息，还是需要靠它越近越好。这个机会在2014年到来了。

▲ 罗塞塔（ Rosetta ）飞船着陆 67P 彗星

（欧空局， 2014）

罗塞塔（Rosetta）飞船飞行了10年，终于实现人类飞船第一次降落在彗星表面。它不再是研究彗星的尾巴长什么样了，它就要探究彗星到底是什么。作为太阳系的“建筑垃圾”，行星形成之后留下的残留物，彗星到底能带给我们关于太阳系演化什么样的信息？

因为彗星的温度很低，里面没有反应，所以它保存了太阳系最早的信息，我们称之为“太阳系的时间胶囊”。罗塞塔飞船到达彗星的时候，就测到了里面有很多的氧气。氧气很活跃，会跟其他的气体反应。但离它表面很近的地方持续地喷发氧气，这说明彗星里面封存了很多的氧气，这就是我们去靠近它才知道。

并且飞船有更进一步的发现，当它穿越彗星大气的时候，发现彗星大气里居然有极光。地球上的极光是太阳风吹到地球上，把大气轰出极光来。而彗星也会蒸发出大气，太阳风吹过去，也会打出极光来，这是很有意思的一个事情。

彗星蒸发会抛出很多的物质，刚才我们看到的那个长长的尾巴里面全是各种各样的带电物质、中性物质，会像扫把一样在空间中到处扫。那它有没有可能扫到地球？当它扫到以后，地球会有什么样的反应？

彗星物质到达地球的时候，它真的是可以把地球的极光给点亮的。

▲ 地球的水来源于“彗星”假说

彗星除了有这么绚丽的现象，实际上它对我们理解地球的演化形成也有重要帮助。我们地球上的水怎么来的，迄今为止依然是一个谜。而彗星是富含水的，地球水是否来源于彗星，这是我们研究的一个非常重要的方面。我们对彗星水的含量以及各种成分进行测定，并跟地球水进行对比，发现它们很多时候真的是非常相像。所以某种程度上，这也是一个支持的证据。

▲ 左：兴隆观测站 2.16 米望远镜

右： 南山天文台彗星 光谱长时监测望远镜

为了配合国家的探测，我和我的研究团队也在制定一系列的计划。我们要长时间对彗星进行监测。一方面，我们继续申请一些比较大型的望远镜，比如兴隆的2.16米望远镜来观测彗星；另一方面，我们自己在新疆还建设了我们专属的小望远镜，我们想盯着它看多久就看多久。我们可以看它路径上的整个演化，来更好地理解彗星的环境变化。

我希望大家能记住，彗星除了很绚丽，它还是太阳系的时间胶囊，它告诉我们太阳系的演化，它可能是我们地球水的来源，它释放的物质会扰动整个的太阳系空间包括我们的地球。

谢谢大家！

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