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澳门新葡亰App彗星上一次回归时,即便当时它已经距离地球达数千万千米
2020-04-25 01:37

彗星曾经被认为是不祥的征兆。但实际上,它们和行星、小行星、尘埃一样只不过是太阳系中的一类天体。虽然如此,但它们却同时也是壮观、有趣、值得研究的天体。就在100年前——1910年4月,哈雷彗星华丽地回归,从距离地球2,300万千米远的地方飞过。当时它极为明亮,即便是在都市中也清晰可见。根据计算,哈雷彗星的彗尾会扫过地球,这引发了大范围的恐慌。因为在彗星中探测到了氰,人们担心它会毒死地球上的生物。

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100年后,虽然天文学家对彗星的认识有了长足的进步,但是彗星在一般人的眼中却依然神秘。下面就是关于彗星你可能不知道的十件事情。

67P彗星上的高山;图02:67P彗星接近近日点时喷发的尘埃喷流;图03:67P彗星上壮丽的悬崖;图04:“罗塞塔”号释放着陆器“菲莱”的效果图,图01-03为“罗塞塔”与“菲莱”拍摄。“罗塞塔”号即将随着67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星在8月13日抵达该彗星的近日点,近日点距离约1.24个天文单位,稍远于地球到太阳的距离。自2014年“罗塞塔”号伴飞该彗星以来,已创造了若干个第一个,着陆器第一次成功着陆在彗星表面,第一次在彗星表面获取如此多的有机分子资料,第一次对一颗彗星进行长期近距离探测。

澳门新葡亰App 2彗星的固体部分其实很小

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从照片上看,彗星非常巨大。彗头,也就是彗星最前端的大“绒球”,它的的直径可以达到数十万千米。作为比较,太阳系中最大的行星木星的直径只有大约14万千米。但你所看到的其实是由于太阳的加热而从彗星的固体部分释放出的密度极低的气体。在大多数情况下,这些气体的密度比地球上的实验室所能达到的真空还要低。尽管如此,但它们却具有良好的反射阳光的能力,因此看上去很亮。

这是1997年拍摄于英国巨石阵夜空上的“海尔波普”彗星,该彗星属于长周期彗星,上一次回归是在4200年前,比较有意思的是当“海尔波普”彗星上一次回归时,巨石阵才刚刚建造完成不久。

彗星的固体部分被称为彗核,它的直径却只有几千米,远远小于彗头。2007年当霍姆斯彗星开始远离太阳的时候,它发生了爆发。从它的彗核突然释放出的大量气体在它的周围形成了一片巨大的气体云。即便当时它已经距离地球达数千万千米,但这也使得它在夜空中很容易就能被看到。但它的彗核还是非常小,对于地面上所有的望远镜而言都只是一个小亮点。

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彗星都是“脏雪球”

那么彗核是由什么组成的呢?这并不是一个简单的问题,因为每颗彗星都是不同的,而且还存在一些介于彗星和小行星之间的天体。

一般而言,彗核是一座山那么大的一个“脏雪球”,由岩石、尘埃、砂砾以及氨、二氧化碳、甲烷等混合而成。除此之外,还有水,许多许多的水。当然这些水是以水冰的形式出现的。这些固态的挥发性物质被统称为“冰”。

当彗星接近太阳的时候,这些冰会从固体直接升华成气体,形成彗星巨大的彗头以及长长的彗尾。当这些气体被释放出来之后,天文学家就能使用望远镜来研究并确定它们的组成。20世纪80年代,乔托探测器发现从哈雷彗星中释放出的物质80%是水。

彗星在绝大多数时候看上去就像小行星

彗星通常都具有长长的椭圆形轨道。它们距离太阳越远,运动得就越慢,因此它们会在远离太阳的地方度过生命中99.9%的时间。这意味着彗核中的挥发性物质会长时间处于冰冻状态。事实上,由于太空中的低温,彗核中的水所凝固成的冰甚至比地球上的岩石还要坚硬。

在哈雷彗星于1986年回归前几年,天文学家就开始对它进行跟踪。在1982年当它穿越土星轨道时,拍摄到了它的照片。由于距离太阳还极为遥远没有释放出气体,因此在照片中根本看不出它是一颗彗星。

小行星和彗星的区别可能就在于当它们接近太阳时有多少物质会被释放出来。如果观测到一块石头在太阳附近释放出了少量的气体,这算是小行星还是彗星?事实上,许多小行星有着类似彗星的轨道。这或许是受到木星引力影响的结果,又或者它们只不过挥发性物质已经消耗殆尽的彗星。

彗星每次接近太阳就会减小一些

和大自然中许多美丽的东西往往都是致命的一样,彗星的美丽最终也会终结自己。

彗星是由冻结的气体维系在一起的。当它们从太阳旁经过的时候,气体会蒸发逃逸,彗星也会因此开始瓦解。如果这颗彗星主要是由气体组成的,那它最后就会解体。2006年哈勃空间望远镜就拍摄到了彗星73P在太阳附近瓦解的照片。即便主要是由岩石组成的彗星,气体的流失会在岩石之间留下大的空隙,这会使得它的结构变松垮。如果它恰巧又过于靠近木星的话,后者的引力就会把它撕碎。1994年舒梅克-列维9号彗星就被粉碎成了几十块并最后撞上木星。它极有可能就是一颗由于流失气体而无法抵抗木星引力的彗星。

当彗星从太阳旁经过的时候会流失大量的物质。这里的“大量”意味着每秒数百吨。相对于一颗彗星的总质量这其实仅仅是一小部分,但考虑到这一过程所持续的时间以及它从太阳旁经过的次数,质量流失就会变得相当可观。因此我们看到的每颗彗星都在慢慢地“溶解”。就算是壮观的哈雷彗星也终有一天会瓦解成石块、砂砾、尘埃和气体,从而消失。

彗星可以拥有两条彗尾

彗星之所以这么引人注目很大程度上是因为它有一条长长的尾巴。但实际上它们的尾巴可不止一条。拥有两条彗尾的彗星很普遍,例如海尔-波普彗星。当气体从彗头被释放出来之后,太阳风——太阳发出的带电粒子流——就会把它吹向后方。太阳风的速度非常快,远远大于彗星的运动速度,因此彗尾会笔直地向外延伸出去。太阳风还会电离这些气体,太阳风中的磁场会把产生的离子搜集到一起并且拽着它们一起运动。当电子和这些离子重新结合的时候就会发出光,其中以蓝光为主。海尔-波普彗星蓝色的离子尾就源自一氧化碳。

和气体一起从彗核被吹出来的还有尘埃,其中包含有硅酸盐、矿物以及其他稳定的物质。这些物质的密度要比气体高得多,因此不会屈从于太阳风的摆布。由于反射阳光它们会呈现黄色或者红色。在跟随彗星一起运动的同时这条尘埃彗尾会弯曲。在许多彗星的照片中,你可以看到蓝色的离子彗尾从彗头笔直向后延伸,而黄色的尘埃彗尾则呈弧线向外延伸出数百万千米。

在现实中,彗星还能拥有多条彗尾。由于至今尚不清楚的原因,尘埃尾还会分裂。一些彗星甚至会有多达6条的彗尾。

彗星造成了流星雨

既然彗星在途经太阳的过程中留下了数百万吨的物质。那么这些物质又会怎么样呢?

作用在这些物质上的力非常微弱,因此它们会继续沿着和彗星几乎相同的轨道运动。它们可以绕着太阳运动几十万年,但不会永远。有时彗星的轨道会和地球的相交,这意味着地球会穿过这些残骸。通常地球每天会和大约100吨的这些物质相遇。但如果地球穿越彗星轨道的话,这个数字就会急剧上升。当这些物质进入地球大气燃烧的时候,就成了流星。

没错,当你抬头观看英仙座、狮子座、双子座等流星雨时,你看到的正是彗星所留下的物质。即便是一片雪花当它以每秒100千米的速度撞入地球大气层的时候,它的动能会转化成热和光,成为一颗闪亮的流星。有时你会碰上一些小的砂砾,它们会成为极为明亮的火流星,亮到它就算在天空中消失了却还可以在你的眼睛里留下余象。

这同时也意味着流星雨和特定的彗星相连。源自哈雷彗星的流星雨有两个:5月的宝瓶座η流星雨和10月的猎户座流星雨。8月份的英仙座流星雨来自斯维夫特-塔特尔彗星,11月份的狮子座流星雨则发源自坦普尔-塔特尔彗星。这些流星雨之所以会在每年相同的时间出现,正是因为在那个时候地球正好位于地球轨道和彗星轨道的交点上。

但这些流星物质的轨道并不是一成不变的。太阳光辐射、太阳风、行星的引力都会影响它们,改变它们和地球相遇的时间和地点。因此流星雨也会随着时间演化。此外,如果其母彗星近期正好回归,那么流星物质的密度就会升高。当地球穿过这些物质的时候,就会产生流星暴。20世纪90年代末狮子座流星雨就出现了多次强爆发,每小数的流星数高达数千颗。

彗星比小行星更危险

直径10千米的小行星撞击地球会造成巨大的蘑菇云、海啸、死亡以及大灾难。但彗星其实在许多方面更为危险。即便它们的密度要比小行星低,但以下三点使得它们成为了更恐怖的杀手。

第一,彗星来自极为遥远的海王星轨道以外的深空。因此它们相对于地球的速度非常高,其中一些可以达到每秒70千米。而大多数和地球相撞的小行星速度都在每秒20千米左右。速度大3.5倍意味着能量高差不多12倍,因此彗星撞击的威力至少是同等质量小行星的10倍以上。

第二,可能与地球发生碰撞的彗星要比小行星大得多。目前已知最大的具有撞击风险的小行星是托塔蒂斯,它的直径大约5千米。而海尔-波普彗星的彗核直径大约为60千米,是托塔蒂斯的12倍。这意味着它的质量是托塔蒂斯的数百倍。如果海尔-波普彗星撞上地球,其结果将远远超过把恐龙从地球上抹掉的那次撞击,估计地球上一半以上的物种会灭绝。

第三,彗星的轨道极难预测。小行星的轨道通常较为容易测量,因此可以提前几年预报它们的风险。但彗星会喷射出气体,这会像火箭引擎一样推动彗核。在某些情况下,也许只能提前几周做出碰撞预报。更糟糕的是,彗星来自遥远黑暗的太空,只有在非常靠近我们的时候才能被发现。海尔-波普彗星是近几十年来最亮的彗星之一,从发现到它途经地球之间只隔了19个月。如果当初它正处于一条会和地球相撞的轨道,那你也就不会看到这篇文章了。

当然,好消息是这些撞击事件都是非常罕见的。最近一次大的撞击是在6,500万年前。它不太可能在不久的将来再次出现。

有7颗彗星已经被探测器造访过

人类已经向太阳系中的每一颗行星派出了探测器。但令人惊讶的是,被机器人造访过的彗星的数量也差不多与之相当。它们是:

  • 19P/博雷利彗星:深空1号探测器
  • 81P/怀尔德2号彗星:星尘探测器
  • 麦克诺特彗星:尤利西斯探测器
  • 21P/贾科比尼-青纳彗星:国际彗星探测器
  • 26P/葛里格-斯克杰利厄普彗星:乔托探测器
  • 哈雷彗星:乔托探测器、维佳1号和2号探测器、先驱探测器、翠声探测器
  • 坦普尔1号彗星:深度撞击探测器

这其中绝大多探测器都是从彗星附近飞过采集数据。但2005年深度撞击探测器采取了主动出击的策略。它所释放出的撞击体撞上了8千米长、5千米宽的坦普尔1号彗星,扬起了其表面之下的物质供母船上的仪器研究。这一每秒10千米的撞击在彗核上留下了一个直径100米的环形山。

好戏还没结束。2014年欧洲的罗塞塔探测器将会造访67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星,届时它会释放出一个着陆器降落到该彗星的表面。这个任务可以算得上是目前正在进行中的空间任务中最让人兴奋的一个之一。

SOHO是最好的全天候彗星猎手

400年来,彗星都是通过天文学家或者天文爱好者用肉眼或者望远镜一点一点地巡视天空而被发现的。但几十年前,机器人开始登上了彗星搜寻的舞台。程控望远镜可以更快速地扫视天空并且还能够探测到更为暗弱的目标。这也使得天文爱好者发现彗星的数量变得越来越少。

但即便是地面上的程控巡天还是敌不过全天候的彗星猎手——太阳和日球层探测器。这个空间天文台位于地球和太阳之间的连线上,距离地球150万千米。在这个位置上SOHO可以一天24时不间断地监测太阳。从1995年发射至今,它一直紧盯着这颗距离我们最近的恒星。

SOHO使用一个金属圆盘遮挡阳光,由此来探测太阳周围较为暗弱的天体。迄今SOHO已经发现了大约1,700颗从非常靠近太阳的地方掠过或者撞入太阳的彗星。

白天也能看到彗星

人们一般都认为彗星是夜晚出现的天体,只有当太阳下山之后才能被看到。但如果彗星足够靠近地球或者以合适的角度足够靠近太阳的话,它就会变得很明亮即使在白天也能看到。

2006年出现的麦克诺特彗星极为明亮。有人利用建筑物遮挡住太阳,在白天仅用肉眼就看到了它。

天文学家通常观测的都是极为暗弱的天体。但如果有一个颗彗星亮到了白天也能看到,那这决不仅仅是大自然赐予我们的美丽,更是一份神奇。

1997年埃及的夜晚,月亮与“海尔波普”彗星,下方最大的是吉萨大金字塔,建于公元前2580年~前2560年。1996年3月,“海尔波普”彗星与木星距离达0.77天文单位,足以被木星的引力改变轨道,因此它的轨道周期被缩短至2380年,而远日点也缩至360天文单位,它下一次回归是在公元4385年。彗星是由松散的冰、尘埃、小岩石构成的小天体,也被成为“脏雪球”。当它朝向太阳接近时,会被加热且开始喷射尘埃与气体,并形成挥发。这些现象是由太阳辐射和太阳风共同对彗核作用形成的。

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1910年5月的《纽约时报》告诉大众“对彗星的恐慌是愚昧且无稽的。”1910年哈雷彗星的回归引起了一些民众的恐慌,因当时哈雷彗星在过近日点后距地球较近,彗尾将扫过地球,当时有些偏僻村落的人们对此感到恐慌,报道称中欧和东欧甚至有人因此自杀。事实上稀薄的彗尾只是彗星喷出的尘埃与离子化气体。

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左图:制作于11世纪贝叶挂毯上的哈雷彗星,此处描述的是1066年黑斯廷斯战役前,英国国王哈罗德二世被告知彗星的出现。右图:英国天文学家爱德蒙•哈雷,他是牛顿的朋友。世界各文明古国都有关于彗星的记载,在当时彗星出现总让人们感到恐慌与不安。在中国两千多年前的马王堆汉墓中,出土了一种占卜吉凶的帛书,绘有二十九幅不同形状的彗星图。在欧洲文艺复兴前,人们认为彗星是地球大气中的一种扰动。1705年英国天文学家爱德蒙•哈雷发表论文指出1456年、1531年、1607年和1682年出现的彗星其实是同一颗彗星,并预言这颗彗星将于1758年重返,在随后几百年人们观测确定哈雷的预言是正确的,并把这颗彗星命名为哈雷彗星。

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人类航天器近距离造访过的彗星------1950年代美国著名天文学家弗雷德•惠普提出了彗星的“脏雪球”模型,比较正确地预测了彗星是由水冰、二氧化碳,氨和尘埃等组成的混合物。自1985年以来,人类的航天器已先后多次对包括哈雷彗星在内的许多彗星进行了近距离探测,有的以近距离伴飞的方式,有的则直接发射撞击器撞击彗星对其内部进行研究。2014年11月12日,欧空局“罗塞塔”号释放“菲莱”号成功着陆在楚留莫夫-格拉希门克彗星表面,这也是人类首次成功实现探测器在彗星上的着陆。

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哈雷舰队六成员。1986年在哈雷彗星接近近日点前后,国际上有6个航天器对哈雷彗星进行了联合观测。这六个航天器分别是前苏联的维加1号,维加2号;欧空局的乔托号;日本的彗星号,先驱号;美国的国际彗星探险者号。这六个航天器因对哈雷彗星的联合观测,被当时的媒体与大众称为“哈雷舰队”。

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欧空局的乔托号拍摄的哈雷彗星------这六艘航天器中,前苏联的维加1号,维加2号是在完成对金星的探测后前往哈雷彗星的,而欧空局的乔托号是第一个近距离拍摄彗核彩色影像的探测器,距离哈雷彗星最近距离不到600公里。另外,美国的国际彗星探险者号则在1985年实现了人类首次对彗星的探测,国际彗星探险者号探测的第一颗彗星是贾可比尼-秦诺彗星。

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左图:深空1号拍摄的包瑞利彗星。右图:此前在地面测试的深空1号,深空1号是世界上首个完全利用离子推进器工作的深空探测器。包瑞利彗星的轨道周期是6.8年,属于短周期彗星。彗星的轨道周期范围很大,从几年到几十万年都有。短周期彗星可能源自海王星轨道之外的柯伊伯带,或与离散盘有关。长周期彗星则被认为起源于奥尔特云,这是在柯伊伯带之外,可能伸展至距离太阳一光年之远。有些彗星则是在接近太阳后一去不复返,彻底离开太阳系,比如双曲线轨道的彗星。

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2010年11月4日,深度撞击号飞掠哈特雷二号彗星时拍摄的图像,显示这颗彗星正在喷发,当时深度撞击号距离该彗星不到700公里。人类为什么对彗星如此着迷?因为科学家们认为太阳系早期地球上的水和有机分子很多来自于彗星。2014年着陆在楚留莫夫-格拉希门克彗星表面的“菲莱”号在彗星尘埃中发现了16种有机成分,这些有机分子被认为是组成生命的原始成分,因为它们促成了人体必需的氨基酸或核酸的形成。此外在这颗彗星表面发现的丙酮醛、乙酰胺、丙醛、甲基异氰酸酯四种物质也是彗星探测史上的首次。

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左图:星尘号拍摄的维尔特二号彗星彗核图像,右图:星尘号地面测试与返回舱着陆。人类首次对彗星尘埃采样并成功返回地球的探测任务是由星尘号完成的。星尘号在1999年由NASA发射升空,2004年1月2日飞越维尔特二号彗星,飞越彗星时从彗发收集到该彗星尘埃样品,并拍摄了详细的彗核图像。返回舱于2006年1月15日在美国犹他州着陆。在释放返回舱返回地球后,主探测器还于2011年2月15日飞越坦普尔1号彗星。

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图片:深度撞击号在撞击器撞击坦普尔1号彗星13秒后拍摂到的彗核。右上角:坦普尔1号彗星未受到撞击前的图像。在罗塞塔号抵达楚留莫夫-格拉希门克彗星前,最出名的彗星探测任务或许就是2005年7月深度撞击号释放的撞击器撞击坦普尔1号彗星了,这也是了解彗星内部构造的好机会。深度撞击号释放的撞击器约一台洗衣机大小,撞击产生的能量接近引爆5吨TNT炸药,使该彗星突然比平时亮了6倍,并在表面形成一个直径150米的撞击坑。

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左图:2005年还未被撞击前的坦普尔1号彗星局部,深度撞击号拍摄。右图:2011年星尘号在6年后抵达坦普尔1号拍摄同区域被撞击后的图像,有一个150米的撞击坑生成。

此前针对彗星的太空任务,如乔托号与星尘号都是飞越任务,仅进行了拍摄和远距离彗核探测。深度撞击号是第一个激起彗星表面物质的探测任务,这引发了公众媒体、科学家和业余天文爱好者的广泛关注。

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左图:苏梅克列维九号彗星撞击木星后,在木星南半球形成的黑色斑点,这些斑点直径比地球还要大,由哈勃望远镜拍摄。右图:哈勃望远镜于1994年5月17日拍摄到被木星引力撕成碎片的苏梅克列维九号彗星群照片。说到与彗星相关的撞击事件,人类自发明望远镜以来观测到最大规模的天体撞击是1994年的苏梅克列维九号彗星撞击木星,这颗彗星原是一颗绕日公转的短周期彗星,有可能于1970年代或更早期被木星引力掳获而改绕木星运转,1992年7月极度接近木星,因在木星的洛希极限以内而被木星强大引力撕成21块碎片并在两年后撞击木星,撞击后产生的多个火球绵延近1000公里。

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2009年7月与2010年6月两次小天体撞击在木星表面云层上留下的疤斑,哈勃望远镜拍摄。无独有偶,在1994年那场大规模撞击事件后的十几年,2009年与2010年木星又遭受了两次撞击。不过相比较1994年苏梅克列维九号彗星直径约4公里大的彗星,这两次规模要小很多,但也在木星表面造成了巨大的疤斑。2009年7月撞击事件的小天体直径约200-500米,撞击留下的疤斑长度约有8000公里。而2010年撞击事件的小天体则小很多,直径可能只有十几米。

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左图:1994年紫外线波段下遭受撞击的木星南半球大片黑色疤斑,上方黑点为木卫一,直径3642公里。右图:木卫三上呈链状的撞击坑,被认为是类似彗星撞击木星的撞击事件造成的,图片里的区域约190公里宽。被木星所俘获的彗星多拥有不稳定的绕木轨道,其路径极为椭圆,因此这些彗星最终都会被木星引力撕碎并吞噬。彗星撞木星突显了木星在太阳系内扮演的“清道夫”角色,其强大引力吸掉了不少路过的彗星与小行星,降低了地球与这些小天体的撞击几率,为地球稳定的生态系统提供了保障。

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图01:哈勃望远镜在地球轨道附近拍摄的赛丁泉彗星与火星,时间是2014年10月19日。图02与03:机遇号与好奇号火星车在火星表面拍摄的火星夜空,圈中亮点即是赛丁泉彗星。2014年,赛丁泉彗星近距离掠过火星,这也是人类首次通过火星车在其他行星表面拍摄观测彗星,该彗星距离火星最近距离只有14万公里,不到地月距离的一半。赛丁泉彗星是颗长周期彗星,其轨道周期可能为40万年,其彗核直径约1公里,在该彗星最接近火星时期,火星夜空有流星雨生成。

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包括地球在内,人类造访过其表面的天体,8个天体,8个不同的世界。截至2015年,包括地球在内已被人类/探测器成功登陆的天体有8个,除地球外,其余7个第一次成功登陆由四个国家/空间组织完成。苏联的探测器完成首次软着陆月球与金星;美国完成了人类首次载人月球登陆,美国的探测器完成了首次火星与小行星的软着陆;欧空局的探测器则完成了首次在其他行星卫星上的软着陆和第一次在彗星表面的着陆。2014年罗塞塔号释放的菲莱号着陆楚留莫夫-格拉希门克彗星表面让我们又更近距离地了解了另一个新世界。