揭开彗星的奥秘

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编译：张雨荷

校译：张国双、李宜骅

编排：简稚珉

后台：李子琦

参考文献：https://www.space.com/comets.html，

https://slate.com/technology/2013/11/comet-naming-a-quick-guide.html

图注：紫金山-阿特拉斯彗星（C/2023 A3），Jean Cursino摄于巴西圣保罗州卡萨帕瓦。

图源：https://www.skyatnightmagazine.com/advice/comet-c-2023-a3-tsuchinshan-atlas

最近，一颗由我国的紫金山天文台和小行星地面撞击持续报警系统（ATLAS）共同发现的彗星，紫金山-阿特拉斯彗星（C/2023 A3），引起了天文爱好者的关注。这颗彗星有望成为继2020年新智彗星（C/2020 F3）之后又一枚肉眼可见的彗星，为我们带来一场壮观的天文盛宴。彗星，作为夜空中的神秘访客，宛如来自遥远宇宙深处的“信使”，向我们传递着关于太阳系起源和演化的珍贵信息。你是否也曾仰望星空，好奇那些神秘的彗星从何而来？

在这篇文章中，我们将带你深入了解彗星的结构、起源、轨道以及命名方式，揭开彗星的奥秘。

01

什么是彗星：结构与组成

彗星由大约 46 亿年前太阳系形成时留下的冰冻气体、岩石和尘埃组成。科学家有时将彗星称为“脏雪球”（dirty snowballs）或“雪脏球”（snowy dirtballs），取决于它们是含有更多的冰物质还是含有更多的岩石碎片。截至2024年10月，目前已知的彗星约有3970颗。然而，这只是潜在彗星总数的一小部分，柯伊伯带和冥王星以外的遥远奥尔特云中仍有数十亿颗彗星环绕太阳运行。

彗星的结构主要包括彗核、彗发、氢包层和彗尾。

图注：彗星的核心是一个冰冻的彗核。当它接近太阳时，周围会形成一个由气体和尘埃组成的模糊云状结构，称为彗发。来自太阳的粒子和光推动彗发，形成一条白色的尘埃尾和一条蓝色的离子尾，后者是由带电气体分子（称为离子）组成的。

图源：Roen Kelly ，https://www.astronomy.com/astronomy-for-beginners/beginners-guide-how-to-photograph-comets/

彗核是彗星的“心脏”，主要由冰冻气体分子（如水、一氧化碳、二氧化碳和甲烷）以及掺杂的尘埃颗粒构成。彗核的直径通常为10千米或更小。

图注：罗塞塔号探测器的OSIRIS窄角相机从285千米远的距离拍摄的丘留莫夫-格拉西缅科彗星（67P/Churyumov-Gerasimenko）的彗核。

图源：ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team， MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

当彗星靠近太阳时，彗核表面的冰通过升华转变为气体，形成一个围绕彗星的云状结构，这就是彗发。根据博文网（howstuffworks.com）数据，彗发的大小通常比彗核大约1000倍。根据欧洲空间局（ESA）的数据，彗发外围包围着一层由氢原子组成的氢包层，长度可达约1000万千米，且在彗星靠近太阳时会不断增大。

彗尾是彗星最壮观的部分，主要分为两种类型：尘埃尾和离子尾。彗尾的形成受到太阳光和太阳风的影响，始终指向远离太阳的方向。随着彗星接近太阳，彗尾会变得越来越长，长度可达数百万千米。尘埃尾由太阳风推动彗发中的微小颗粒形成，呈现出弯曲的轨迹，而离子尾则由带电气体分子组成。这些离子受到太阳风的电磁力影响，通常呈现出蓝色的直线状。

当彗星接近太阳时，我们可以用肉眼看到它们，这是由于彗发和彗尾反射阳光甚至吸收太阳的能量而发光，然而，大多数彗星太小或太暗，需要用望远镜才能观测到。彗星在轨道上行进时，会留下尘埃和碎片，这些碎片可能导致地球上出现流星雨。例如，每年8月9日至13日发生的英仙座流星雨就是地球穿过斯威夫特-塔特尔彗星（Swift-Tuttle）的轨道时产生的。

02

彗星的起源

彗星是太阳系形成初期遗留下来的冰冻物质。它们与八大行星一样，都是从气体和尘埃盘中形成的。然而，由于它们在距离太阳非常遥远且寒冷的区域形成，包含了更多的冰。天文学家通过测量彗星的成分并进行计算机模拟，仍在探索彗星究竟是在何处、如何形成的。当前的研究表明，彗星很可能在类似于冥王星所在的柯伊伯带区域中形成。在太阳系早期，随着巨行星的位置变化，这些彗星被抛向了巨大的椭圆轨道。因此，彗星不仅是早期太阳系的“化石”，它们的成分和轨道也提供了有关太阳系历史的重要线索。

03

彗星轨道

天文学家根据彗星绕太阳运行的周期来对它们进行分类。短周期彗星通常需要200年或更少的时间完成一次绕行，而长周期彗星则需要超过200年。此外，还有一种被称为非周期彗星或是单次出现的彗星，它们的轨道不受太阳的束缚，通常会离开太阳系。近年来，科学家还在小行星主带中发现了彗星，这些主带彗星可能是类地行星的重要水源。

图注：紫金山-阿特拉斯彗星（C/2023 A3）穿越太阳系。 图中标出了2024年10月7日彗星及太阳系内其他天体的位置。

图源：http://astro.vanbuitenen.nl/comet/2023A3. 该网站可查询彗星的轨道，亮度等信息。

科学家认为，短周期彗星（又称为周期彗星）起源于海王星轨道之外的一个由冰冻天体组成的圆盘状区域，称为柯伊伯带。这些天体通过与外行星的引力相互作用，被拖入太阳系内，变成活跃的彗星。而长周期彗星则被认为来自更远的、几乎呈球形的奥尔特云，这些彗星在经过恒星时受到引力的影响，从而进入太阳系内部。

图注： 柯伊伯带示意图。

图源：NASA/SOFIA/Lynette Cook

04

彗星的命名

彗星的命名遵循国际天文学联合会（IAU）的规定，通常包括彗星类型，发现年份、和发现者的名字。

首先是彗星的类型，由一个字母表示，可以分为以下几种：

· P（周期彗星）：这些彗星沿着已知的、周期性的轨道围绕太阳运行，通常它们的轨道周期少于200年。这类彗星被多次观测到，并且可以预测它们的回归。例如，哈雷彗星（1P/Halley），它大约每76年回归一次。

· C（长周期或非周期彗星）：这些彗星沿着开放的轨道运行，它们的速度快于太阳系的逃逸速度。它们通常只经过一次，然后飞向星际空间。例如，紫金山-阿特拉斯彗星（C/2023 A3）名称中的“C”代表这是一颗长周期彗星。

· D（解体彗星）：D 很少使用，表示彗星在初次发现后解体、崩溃或失踪。这些情况较为罕见，例如，舒梅克-列维9号彗星（D/1993 F2），该彗星在1992 年 7 月解体，之后在1994 年 7 月与木星相撞，使人们首次直接观测到太阳系内的天体撞击。

· X（轨道不确定彗星）：X 用于那些轨道未知的彗星，通常是很久以前被发现的。例如，X/1106 C1 是1106年观测到的一颗彗星，但没有足够的数据来确定其轨道。

图注：1994 年，舒梅克-列维9号彗星（D/1993 F2）在飞向木星的途中。

图源：NASA/ESA/Hubble， https://www.astronomy.com/science/comet-shoemaker-levy-9-the-backstory-and-its-impact/

接下来是发现的年份。这个很简单。对于周期性轨道上的彗星，如果发现日期未知（通常是历史彗星），则可以使用最后一次回归的日期来表示。

之后是一对字母/数字组合。字母代表彗星被发现的月份，以半个月划分（或者更准确地说，从1号到15号为上半月，16号到月底为下半月）。A 代表一月的上半月，B 代表下半月，C 代表二月的上半月，依此类推。I 不会被使用，因为它会与数字1混淆， Z 也不会被使用（仔细想想为什么？）。数字则表示在该时间段内彗星被发现的顺序。例如，1 月上半月发现的第四颗彗星将是 A4，二月下半月发现的第三颗彗星将是 D3。

最后，是发现者的姓氏。通常最多可以列出三个，用连字符分隔。现在许多彗星都是在自动巡天观测中发现的，因此观测站或巡天观测的名称也会用到。

因此，紫金山-阿特拉斯彗星的名称C/2023 A3 (Tsuchinshan–ATLAS) 的名称揭示了它是一颗长周期彗星，且是2023年1月上半月发现的第三颗彗星。这一发现是由我国的紫金山天文台与小行星地面撞击持续报警系统（ATLAS）共同完成的。

你学会了吗？

责任编辑：杨欣冉

牧夫新媒体编辑部

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图注：美国国家航空航天局太阳动力学观测站在2024年5月11日拍摄了这张太阳耀斑的照片。

图源：NASA/SDO

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