彗星

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本文介绍的是天文学上的彗星。关于五子棋开局名称，详见“彗星 (五子棋)”。

1977年3月29日在克罗地亚的帕辛看见的海尔博普彗星。

103P/哈德利彗星的彗核和太空船拜访造成的喷流。它的长度大约是2公哩，最窄的地点宽仅约400米。

彗星是冰封的太阳系小天体 (SSSB)，当它与太阳足够接近时，便会展示出彗发 (稀薄、糢糊的临时性大气层)，有时也会有彗尾。这些现象是由太阳辐射和太阳风共同对彗核作用造成的。彗核是由松散的冰、尘埃、和小的岩石颗粒组成，直径的范围从数百米到数十公里不等。自古以来，传统上就认为观测到彗星是不祥的凶兆。

彗星的轨道周期范围也很大，可以从几年到几十万年。短周期彗星来自超越至海王星轨道之外的古柏带，或是与离散盘有所关联。长周期彗星被认为起源于太阳系外缘，迄今仍是虚拟的球壳状的欧特云。长周期彗星可能是受到太阳系外侧的大质量行星 (木星、土星、天王星、和海王星)，或是恒星经过时的引力摄动，而朝向太阳前进。罕见的以双曲线轨迹进入内太阳系的彗星，是之前被抛入星际空间的，则只会穿越太阳系一次。来自太阳系外，在银河系内可能是常见的系外彗星也曾经被检测到。

彗星和小行星的区别只是有无彗发或彗尾的存在。然而，熄火彗星已经经过太阳许多次，几乎失去了它们所有的可挥发的冰和尘埃，因而可能就变得和小的小行星一样。小行星的起源被认为和彗星不同，是在木星轨道内侧，而不是在外太阳系形成的。主带彗星和活跃的半人马小行星的发现，已经使得彗星和小行星之间的区别变得模糊不清 (参见小行星名词学)。

截至2011年1月[update]已经有4,185颗已知的彗星，其中大约有1,500颗是克鲁兹族彗星和大约484颗短周期彗星，而且这个数量还在稳定的增加中。然而，这只是潜在彗星族群中微不足道的数量：估计在外太阳系的储藏所内类似的彗星体数量可能达到一兆。尽管绝大多数的彗星都是晦暗不明的，但平均大约每年可以看见一颗肉眼彗星 ，特别明亮或显著的彗星会被称为大彗星。

目录

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[编辑] 语源

彗星以其拖着的长尾巴而得名，“彗”的本意就是帚。《说文》：“彗，埽竹也。”。中国古人把彗星叫做“星孛”，《春秋》记载，鲁文公14年（前613年）“秋七月，有星孛入于北斗”。这是世界上关于哈雷彗星的最早纪录。中国《晋书·天文志》载有：“彗星所谓扫星，本类星，末类彗，小者数寸，长或经天。彗星本无光，傅日而为光，故夕见则东指，晨见则西指。在日南北皆随日光而指，顿挫其芒，或长或短。”准确的描述了彗星的形态。

西方语言中的“彗星”一词（如法语：comète；德语：Komet；英语：comet）， 源自拉丁文的cometes，这是拉丁化的希腊文 κομ?τη? (komētēs)，意思是"彗星"，但字面上是"长毛"，源自κ?μη (komē)，这个字的本意是 "头上的头发"。希腊哲学家兼科学家亚里斯多德是第一位使用这个延伸出来的字κ?μη, κομ?τη?，来形容他看见的"长著头发的星星"。彗星的天文学符号是(?)，由一个小圆盘和三个突起的短线段组成。

人类历史上第一个被观测到周期性围绕太阳的彗星是“哈雷彗星”。

[编辑] 物理性质

彗尾因受到以高速的高能粒子为主的太阳风吹袭，其运动方向总是背离太阳。而彗尾又分为两部分。

彗星由彗核、彗发和彗尾组成。彗核和彗发构成彗头。

[编辑] 彗核

蒙太奇手法呈现的9P/坦普尔1号彗星，直径大约6公里，和103P/哈德利彗星。影像取自深度撞击号太空船。

主条目：彗核

已知彗星的彗核尺寸范围从100米至40公里。它们的组成包括岩石、尘埃、冰、和冻结的气体，像是一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氨。由于它们的质量都很低，彗核不会成为球形，因此有着不规则的形状。

它们通常被形容为"脏雪球"，然而最近的观测显示有着岩石或尘埃的表面，而冰是隐藏在地壳之下。彗星还包含各种的有机化合物，除了前面已经提过的气体，其中可能还有甲醇、氢氰化物、甲醛、乙醇和乙烷，也许还有更复杂的分子，例如长链的烃类和氨基酸 。在2009年，NASA在星尘任务带回的彗星尘埃中发现甘胺酸 。 在2011年8月，NASA以在地球上发现的陨石为基础，发表的研究报告指出，DNA和RNA的成分 (和有机分子关联的腺嘌呤和鸟嘌呤) 有可能是在外太空的彗星和小行星上形成的。

出人意料之外的是，发现彗核是太阳系中反射率最低的天体。乔托号太空探测器发现哈雷彗星只反射出照射到表面4%的阳光，而深空1号也发现19P/包瑞利彗星的表面只反射2.4%至3.0% 照射到的阳光；相较之下，沥青能反射照在它表面上光线的7%。一般认为，黑暗的表面物质是复杂的有机化合物。太阳的热驱散了挥发性成份，留下了较重的长链有机物[来源请求]，表面有如焦油或石油一般的黑暗。非常黑暗的彗星表面使它能吸收驱动释气所需要的热。

[编辑] 彗发和彗尾

主条目：彗发和彗尾

2007年的17P/霍姆斯彗星在右边显示出蓝色的离子尾。

在太阳系的外缘，彗星依然在冰冻的状态时，由于体积很小，因此很难甚至无法从地球上检测到。来自哈柏太空望远镜的观测，提出在古柏带内不活跃彗核的统计报告，但是这些检测不仅受到质疑，并且无法独立验证。随着彗星接近太阳系的内侧，太阳辐射导致彗核内部物质的挥发和流出，并带走彗星尘。流出的尘埃和气体在彗核周围形成巨大但极为稀薄的大气，称为彗发；太阳的辐射压和太阳风施加在彗发上的力使巨大的彗尾得以形成，而彗尾的方向背向着太阳。

当一颗彗星穿越内太阳系时，彗发和彗尾都会被太阳照亮，灰尘会直接反射阳光，而电离的炙热气体则发初辉光，因而能够从地球上观测到。大多数的彗星依然很暗淡，仍必须借助于望远镜才能看见，但是每十年中总会有几颗亮到用裸眼就可以直接看到的彗星。偶尔，一颗彗星可能会发生巨大与突然的释出气体和尘埃，使彗发突然的增大和增亮。在2007年的17P/霍姆斯彗星就曾发生这种现象。

流出的气体和尘埃各自形成指向略有不同的尾巴。尘埃组成的彗尾往往是拖在彗星轨道的后方，形成弧形的彗尾[来源请求]，称为第二型尾或尘埃尾。同时，由气体的带电离子组成的第一型尾，比尘埃更容易受到辐射压和太阳风的影响，受到磁场线的作用远比轨道的抛射强大许多，因此总是比直的背向着太阳。在有些场合，会看见一条与尘埃尾和离子尾指向相反的短尾 －称为彗翎或反尾。在过去曾经以为这有点神秘，但这显然只是由于观测角度造成的尘埃尾投影所形成，已不再有困惑了。

虽然固体的彗核直径一般都小于50 km (31 mi)，但是彗发可能比太阳更大，同时也曾观察到长度超过1天文单位 (1亿5,000万公里) 甚至更长的离子尾。对彗翎的观测则对太阳风的观测有着重大的贡献。离子尾的形成是太阳的紫外线辐射作用在彗发的光电效应 [可疑 –讨论]所造成的结果。一但有粒子被电离，它们获得净正电核，反过来在彗星周围引起"诱导磁层"。彗星和其诱导磁层对要随着太阳风流出的粒子形成障碍，但由于太阳风相对于彗星的轨道速度是超音速的，会在太阳风流动的方向，在彗星的上游形成弓形震波。在弓形震波，聚集了大量被浓缩的彗星带电离子 (称为拾取离子，"pick-up ions")，并且进行"负载"等离子和太阳磁场，这样的场线"披盖"在彗星的周围形成了离子尾。

恩克彗星失去离子尾。

如果离子尾的负载已经足够了，则磁场线会在那个点上挤在一起，在延著离子尾的某个距离上会发生磁重联，这会导致"尾断离事件"。 这种现象已经被观测到好几次，在2007年4月20日就有一次值得注意的事件，当恩克彗星的通过日冕物质抛射的时候，它的离子尾就完全的被截断了；日地关系天文台观测到了这次的事件。

在1996年发现彗星也辐射出X射线。这令天文学家大吃一惊，因为X射线辐射通常与非常高温的天体联结在一起。这些X射线是与太阳风的交互作用生成的：当彗星通过高电荷的太阳风时，离子会飞过彗星的大气层，它们与彗星的原子和分子发生碰撞，以被称为"电荷交换"的过程"偷"走一个或多个电子。这种交换或是会转换一个电子给太阳风中的离子，随后引发离子退激发至基态，导致X射线和远紫外线光子的辐射。

[编辑] 与流星雨的关系

由于释气的缘故，彗星会留下一些固体的碎片。如果彗星的路径跨越地球的路径，当地球经过彗尾碎片的踪迹，就有可能形成流星雨。例如，每年8月9日至12日，当地球穿越斯威夫特－塔特尔彗星的路径时，形成的英仙座流星雨；哈雷彗星是10月份的猎户座流星雨的来源。

[编辑] 轨道特性

柯侯德彗星 (红色) 和地球 (蓝色) 的轨道，说明了彗星轨道的高离心率和在靠近太阳时的快速移动。

2005年的彗星远日点长条图，显示这颗巨大行星的彗星家族。横坐标是以自然对数标示出远日点的距哩，其单位为天文单位。

多数的彗星都是以细长的椭圆轨道环绕太阳的太阳系小天体，接近太阳的部分只是轨道上的一小段，其余大部份的轨道都在更远离的太阳系内。彗星通常是依据它们的轨道周期来分类：周期越长，轨道也越细长。

[编辑] 短周期

短周期彗星的定义一般是指周期短于200年的彗星。它们的轨道通常黄道的上下，并且方向与行星相同。它们的轨道远日点通常在外行星的区域 (木星和超越其外)；例如，哈雷彗星的远日点就在海王星之外不远处。彗星轨道的远日点靠近哪一颗行星，它就是该行星的彗星"家庭"成员。这些家庭成员被认为是起因于被行星捕获到周期较短轨道上的长周期彗星。

周期最短的，恩克彗星不会抵达木星的轨道，并被称为恩克型彗星。大多数的短周期彗星 (轨道周期短于20年，而且轨道倾角在20-30度，或者更小) 被称为木星族彗星。像哈雷彗星的，轨道周期在20-200年之间，轨道倾角从0至超过90度的，称为哈雷族彗星。截至2012年[update]，只有64颗哈雷族彗星被观测过，相较之下木星族彗星则几乎有450颗。

最近发现的主带彗星形成一个独立的类别，不仅轨道在小行星带内，而且还接近圆形。

由于其椭圆轨道使它们经常会接近这些巨大的行星，彗星经常会受到重力扰动。短周期彗星的远日点有趋近于这些气体巨星轨道半径的倾向，就如同长条图所显示的，木星族彗星是最大的彗星家族所呈现的趋势。很显然的，来自欧特云的彗星，在接近巨大行星的时候，它们的轨道往往会受到巨大行星严重的影响。木星的质量超过其它行星质量总合的两倍，另一方面他也是移动最算的巨大行星，因此它是最大的摄动源。这些扰动可以使长周期彗星转变为短周期彗星，哈雷彗星可能就是这种长周期彗星转换的一个例子。

基于其轨道特性，有些短周期彗星被认为是来自半人马和古柏带/离散盘 —一个在海王星之外的盘状区域— 而长周期彗星的来源被认为是在更遥远的球状欧特云 (是以提出存在这个假想球壳的何兰天文学家欧特命名的)。相信在这个遥远的广大球型空间内有为数众多类似彗星的天体，以大致是圆形的轨道存在着。偶尔会受到外行星 (这种情况通常是对古柏带的天体) 或接近的恒星 (这种情况通常是对欧特云的天体) 摄动，可能会引发这些天体之一进入椭圆形的轨道，朝向太阳前进，成为可以看见的彗星。与会回归的短周期彗星不同的是它们的轨道没有先前既定的观测可供参考，它们是新出现的彗星，没有机制可以预知它们的外观。

[编辑] 长周期

长周期彗星有较高的离心率轨道和范围从200年至数千乃至百万年的周期，在近日点附近时，离心率大于1并不完全意为著这颗彗星来自太阳系外。例如，麦克诺得彗星(C/2006 P1) 在2007年1月 (历元) 接近近日点时的日心轨道离心率是1.000019，但是他受到太阳的引力约束，周期约为92,600年，并且在它远离太阳之后，离心率也降至1以下。长周期彗星未来的轨道需要完整的观察，再以远离行星区域之后的历元，以太阳系的中心计算密切轨道才能确定。依据定义，长周期彗星依然受到太阳引力的约束；这些彗星在接近主要的行星时可能会被弹出太阳系，因此它原本的"周期"就不再正确。长周期彗星的轨道会带它们进入远离外行星的远日点，而且它们的轨道平面也不需要躺在黄道面附近。像威斯特彗星和C/1999 F1这些长周期彗星在重心座标系的远拱点距离接近70,000天文单位，估计轨道周期大约长达600万年。

单次出现彗星都类似于长周期彗星，因为当它们在太阳的内部，接近近日点时，也会有抛物线或略呈双曲线的轨迹。但是，这可能是巨大行星的摄动导致它们的轨道发生改变。单次出现彗星是那歇在离开行星之后，依然有着双曲线密切轨道离心率，并且远日点远在欧特云的距离之外[来源请求]。太阳的希尔球边界最远可以远达230,000天文单位 (1.1秒差距（3.6光年）)，但那是不稳定的。所有的抛物线和略呈双曲线轨道的彗星仍都属于太阳系和轨道的周期，一般再受到摄动进入弹射轨迹之前是数十万年或数百万年[来源请求]Template:Contradiction-inline。只有数百颗彗星在近日点附近被观察到是双曲线的轨道，使用日心无摄动的二体最佳拟合，认为它们可能会逸出太阳系。

没有离心率明显大于1的彗星曾经被观测过，所以没有明确的证据可以指出有来自太阳系外的彗星。彗星C/1980 E1在1982年通过近日点之前的轨道周期大约是710万年，但是在1980年它与木星遭遇而受到加速，使它成为轨道离心率最大的彗星 (1.057)，并成为所知的双曲线彗星 。预测不会重返内太阳系的彗星包括C/1980 E1、C/2000 U5、C/2001 Q4 (NEAT)、C/2009 R1、C/1956 R1、和C/2007 F1 (LONEOS)。

有些机构使用周期彗星这个术语泛指轨道有周期性的彗星 (也就是包括所有的短周期彗星和长周期彗星)，而其他多数人使用它时则完全仅意味着来短周期彗星。同样的，虽然字面的意义是无周期彗星，意思与"仅出现一次的彗星"是相同的，但有些人的意思是所有在有生之年不能看见第二次的彗星 (也就是包括周期在200年以上的长周期彗星)。

早期的观测显示有几颗真正的双曲线轨道彗星 (也就是无周期彗星)，但多数都是受到木星的摄动被加速的。如果彗星发生在星际空间I，它们的移动速度应该与临近太阳的恒星有着相同数量级的相对速度 (每秒数十公里的速度)。如果这样的天体进入太阳系，它们应该有正值的特殊轨道能量，并将真正的观测到有着双曲线轨道。粗略的计算显示，每世纪应该有4颗双曲线轨道的彗星，在木星轨道内侧获得或捕捉到1和或者2级的量级[来源请求]。

[编辑] 彗星的死亡

[编辑] 从太阳系排出

如果一颗彗星有足够快的速度运行，那么它可以离开太阳系；这就是双曲线情况的彗星。到目前为止，已知会弹出太阳系的彗星都是曾和太阳系的其它天体，像是木星，发生过交互作用 (参见摄动)。所有已知的彗星都起源于太阳系内，而不是以高速度的双曲线轨道进入太阳系。

从1995年开始，哈柏太空望远镜就观测到彗星73P/Schwassmann–Wachmann抛出了一些物质：73P/Schwassmann–Wachmann-B。这段动画涵盖了三天的时间。

[编辑] 耗尽挥发物质

主条目：熄火彗星

木星族彗星 (JFC) 和长周期彗星 (LPC) (参见前述的"轨道特性") 似乎遵循非常不同的衰退法则。木星族彗星的活动大约是10,000年，或是1,000次的公转，而长周期彗星消失得更快。只有10%的长周期彗星能够通过短距离的近日点50次依然存活着，而只有1%能超过2,000次。最终，大部分彗星的挥发性材料都会蒸发掉，使得彗星成为小而黑的惰性岩石，或是类似于小行星的废墟。

[编辑] 瓦解 (分裂)

彗星也会碎裂成为碎片，例如：比拉彗星（3D/Biela）于1846年发生分裂，1872彗核完全分开，结果在1872、1885、1892年都引起非常壮观的流星暴，每小时流星数达3000～15000颗左右。73P/Schwassmann–Wachmann就从1995年开始发生这样的现象。

这些分裂可能是太阳或大行星引力导致的潮汐力造成的，或是由于挥发性物质的"爆炸"，还是其他尚未完全明了的原因。

[编辑] 失踪

主条目：迷踪彗星

许多在数十年前或前个世纪发现的彗星现在已经成为失踪了。它们的轨道不明确而难以预测未来的出现，或是已经瓦解了。然而，偶尔会发现一颗"新"彗星，但它们的轨道计算显示，这是旧有的"失踪"彗星。一个例子是11P/Tempel–Swift–LINEAR，在1869年发现，但在1908年受到木星的摄动就失踪了，直到2001年才意外的被LIEAR再度发现。

[编辑] 碰撞

在木星南半球上的棕色斑点是舒梅克·利维九号彗星撞击残留的痕迹。

有些彗星有着更壮观的结束 － 要么落入太阳，或是粉碎后进入另一颗行星或天体。在太阳系的早期，彗星和行星或卫星之间的碰撞是很常见的：例如，地球的卫星表面有许多的撞击坑，有些可能就是彗星造成的。最近一次彗星与行星的撞击发生在1994年7月，粉碎了的舒梅克·利维九号彗星与木星相撞。

在早期的阶段，有许多彗星和小行星因相撞而进入地球。许多科学家认为彗星的轰击为年轻的地球 (40亿年前) 带来了大量的水，形成了目前铺满地球的海洋，即使不是全部也是很大的一部分。但也有其它的研究人员对这个理论产生质疑。在彗星上检测到一些有机分子，使得有人推论彗星或陨石可能为地球带来了生命的前身 － 甚至就是生物本身。依然有许多彗星是近地彗星，但是地球与小行星撞击的机率还是高于彗星。

人们怀疑彗星的撞击，在长时间的尺度上，也能运送大量的水给地球的卫星，所以可能有一些月球冰会留存下来。

彗星和陨石的撞击被认为是玻璃陨石和澳洲玻璃陨体的成因。

[编辑] 命名规则