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2017/07/27
掃把星的真相—彗星

傳說彗星出現的那一年,地球上都會出現大災難,會為國王或男性的貴族帶來災難、死亡,甚至被解釋為上天對地球上居民的攻擊。西元1066年時曾觀測到彗星高掛,同年便發生諾曼人入侵英格蘭的戰爭; 1986年的彗星回歸,美國的挑戰者太空梭發生爆炸。在中國古代,人們把它看作災禍降臨的不祥徵兆,稱之為「災星」;歐洲曾經把它當作上帝給予的預示,在諸多的巧合與穿鑿附會之下,使彗星矇上了一層朦朧、神秘的面紗。現今,彗星更成為許多災難電影的假想敵,像是著名的「彗星撞地球」。

在中國古代,「彗」的本意為帚,彗星的形狀像是用甘草紮成的掃帚,所以也被稱為「掃把星」;西方語言中的「彗星」一詞源自拉丁文的cometes,這是拉丁化的希臘文κομήτης(komētēs),而這個字的本意就是「頭髮」的意思。希臘哲學家亞里斯多德是第一位使用這個字來形容他看見的「長頭髮的星星」。中西方對於彗星的命名與描述均點出了彗星的外型,彗星的天文符號☄中,圓盤代表彗核,三段直線則是表示出彗尾。

彗星的結構

世人對彗星一直以來有許多的想像,到底,彗星是什麼物質組成的呢?

現今人們對於彗星的認識主要來自由美國天文學家弗雷德.惠普爾(Fred Whipple)在1950年代早期提出的論點,他建立了「髒雪球模型」。

彗星主體彗核是彗星遠離太陽時唯一存在的部分,由塵埃、石塊、冰塊,及凝結成固態的氨、甲烷、二氧化碳等成分所組成。彗核的大小從直徑數百公尺到數十公里都有,當彗星距離太陽很遠時,彗核是冰凍的固態。當接近太陽時溫度升高,揮發物質便開始解凍,此時便產生兩種結構:在彗核周圍圍繞一層大氣,即為「彗髮」;同時會形成兩條尾巴,一條是彗核升溫時所釋出的帶電粒子,形成與太陽反方向的「離子尾」,另一條則是由彗星表面釋出的塵埃將足跡留在彗星經過的軌道上,形成的「塵埃尾」。

彗髮與彗尾的形狀相當多變,而塵埃尾(dust tail)與離子尾(ion tail)兩部分,長度可達數百萬公里,甚至長達上億公里。

彗星大致上由彗核、彗髮及彗尾所組成。

彗星的結構

彗星的軌道

彗星在銀河系運行時,會因為受到其他恆星的引力影響,改變一部分的軌道而進入太陽系中,太陽引力會影響彗星的運行路線,也就是彗星的軌道。彗星的軌道有二種:橢圓形軌道、拋物線軌道:

  1. 橢圓形軌道:橢圓形是一種閉合的曲線,也代表此類型軌道的彗星都有其回歸的週期,依回歸週期的長短分為短週期彗星與長週期彗星。
  2. 拋物線軌道:此類彗星可算是太陽系外的遊牧民族,在行經太陽系附近時受到太陽系引力的影響,而被吸引進來後又離開太陽系繼續旅行。

目前所觀測到的彗星中,有半數以上屬於拋物線軌道彗星。

彗星的軌道有閉合的橢圓形軌道和拋物線軌道兩種

彗星軌道示意圖

那麼如何分別長週期彗星(long- periodic comet)與短週期彗星(long-periodic comet)呢?長週期彗星的起源以荷蘭天文學家歐特(Oort)在1950年所提出的論點最廣為人所接受:「長週期彗星來自距離太陽約5萬個天文單位遠的地方,有一個包圍著太陽系、以太陽為中心繞行的雲團──歐特雲」,長週期彗星的週期可能長達數千年,目前所知最長週期的彗星是「台勞文彗星」,週期為 2400 萬年。天文學家庫柏(Kuiper)則對短週期彗星提出了看法:「在海王星軌道外距離太陽約30至100個天文單位遠的地方,圍繞著太陽旋轉成盤面狀的區域──古柏帶,包含了許多小型天體,即為短週期彗星的源頭」,而短週期彗星運行一周週期少於200年,有名的代表彗星如「哈雷彗星」,週期為76 年,另外目前所知最短週期的彗星是 3.3 年的「恩克彗星」。

長週期彗星來自歐特雲雲團,短週期彗星則來自古柏帶盤面區域。

長週期彗星與短週期彗星的起源示意圖

 彗星與流星

常有人把彗星與流星混為一談,但其實兩者是截然不同的天文現象。彗星是太陽系形成之初所遺留下來的小天體,會環繞太陽運行,當彗星接近太陽時,會因太陽的光與熱而使彗星表面的揮發物質蒸發,形成彗髮與彗尾;流星則是太空中的小石塊或塵埃,因地球重力吸引而往地面落下的過程中,與地球大氣發生碰撞摩擦而燃燒的「現象」。不過,流星雨倒是與彗星有很大的關係。當彗星的物質蒸發後,會在軌道上留下氣體塵埃,當地球經過彗星軌道附近時,這些彗星在其軌道上留下的殘骸團塊,受到地球重力影響,於短時間內大量掉落到地球大氣層內,地球上的人們便會看到流星雨的現象。

根據歷史記載,古代中國和巴比倫都有觀察到哈雷彗星的紀錄,最早可追溯到公元前240年,目前天文學家已經紀錄了數千顆彗星。彗星保存了46億年前太陽系形成的早期歷史,其所攜帶的水、冰與有機物質可能有地球生命起源的線索,因此行星科學將彗星的研究視為相當重要的課題。

大約每十年才會有一顆明亮易見的彗星,每當天文學家預測報將有又大又亮的彗星即將出現時,便會引起全世界的彗星觀測熱潮,其中最有名的非「哈雷彗星」莫屬了,每每造訪太陽系都引起轟動,最近一次是在1986年劃過天際,預計2061年將再次光臨地球。而隨著人類對彗星有越來越多的了解,過去對於彗星造訪的恐懼也逐漸被期待所取代,莫不期盼有生之年有機會一睹彗星的風采。

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