书城科普读物发现太阳系
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第23章 宇宙的短跑选手——彗星和流星(2)

柯伊伯带是现时我们所知的太阳系的边界,是太阳系大多数彗星的来源地。1951年,美国天文学家柯伊伯研究彗星性质与彗星形成,认为在太阳系原始星云很冷的外部区里的挥发物凝聚为冰体——彗星,当外行星在冰体群中长大时,外行星的引力弥散作用使一些彗星驱入奥尔特云,而冥王星之外的彗星带,就是即柯伊伯带。1988年邓肯证明,柯伊伯带是短周期彗星的主要源头,而奥尔特云不是它们的源区。

近年新发现的冥外天体1992QB1和1993FW应该是柯伊伯带内边界区的彗星(尽管现在以小行星方式命名),而离太阳32至35天文单位的1993RO、1993RP、1993SB、1993SC可能是从柯伊伯带跑出来并且正处在向短周期演变的天体。柯伊伯带的这些彗星几乎保存着太阳系原始物质的所有信息。

天空中的明星——哈雷彗星

历史上第一个被观测到的彗星是哈雷彗星。它是有周期性的,周期是76年。历史记录表明自从公元前240年以来,它每次通过太阳时都被观测到了。它最近一次是在1986年通过的。

最著名的短周期彗星

哈雷彗星是最著名的短周期彗星,每隔75年或76年就能从地球上看见,哈雷彗星也是唯一能用裸眼直接从地球看见的短周期彗星,更是人一生中唯一可能以裸眼看见两次的彗星。其他能以裸眼看见的彗星可能会更壮观和更美丽,但那些都是数千年才会出现一次的彗星。

其实在公元前240年,或许在更早的公元前466年,哈雷彗星返回内太阳系就已经被天文学家观测和记录到。在中国、巴比伦和中世纪的欧洲都有这颗彗星出现的清楚记录,但当时的人们并不知道这是同一颗彗星的再次出现。哈雷彗星的周期最早由英国人爱德蒙·哈雷测量出来,因此这颗彗星就以他的名字命名。哈雷彗星上一次回归是在1986年,而下一次回归将在2061年。

在1986年回归时,哈雷彗星成为第一颗被太空船详细观察的彗星,提供了第一手的彗核结构与彗发和彗尾形成机制的资料。这些观测支持一些长期以来有关彗星结构的假设,特别是弗雷德·惠普的“脏雪球”模型,正确地推测出哈雷彗星是挥发性冰——像是水、二氧化碳、氨和尘埃的混合物。这个任务提供的资料还大幅改进和重新组合了这些成分的假设;例如,现在哈雷彗星的表面主要描述是:布满尘土,没有挥发性物质,并且只有一小部分是冰。

哈雷的预测

爱德蒙·哈雷是科学家牛顿的朋友。1705年,他在天文学对彗星的简介中,使用了牛顿定律来计算木星和土星的引力对彗星轨道的影响。其计算使得他在检视历史的记录后,有能力确定在1682年出现第二颗彗星,和1531年(由阿皮昂观测)与1607年(由约翰·开普勒观测)出现的彗星有着几乎相同的轨道要素。哈雷因此推断这三颗彗星事实上是同一颗彗星每隔76年来一次,周期在75~76年之间修正。在粗略地估计行星引力对彗星的摄动之后,他预测这颗彗星在1758年将会再回来。

不过哈雷的预测因为天体原因出了点问题,这颗彗星迟到的原因是由于受到木星和土星摄动延迟的影响,而耽误了618天,直到1759年3月13日才通过近日点。哈雷于1742年逝世,可惜没能看见这颗彗星的回归。不过,哈雷彗星回归的确认,首度证实了除了行星之外,还有其他的天体绕着太阳公转。这也是最早对牛顿物理学成功的测试和应用的一个清楚的示范。在1759年,法国天文学家尼可拉·路易·拉卡伊将这颗彗星命名为哈雷彗星,以显示对哈雷的尊重和纪念。

关于哈雷彗星在世界的记录

哈雷彗星的轨道(蓝色),相对于外行星的轨道(红色),具有最早和最完备的关于哈雷彗星记录都来自中国。

在欧洲,哈雷彗星的记录也十分详尽,最早的记录在公元前11年,但哈雷彗星回归与其他彗星一样,往往被众多迷信的人看作灾星,将它跟恐慌与灾祸扯上关系;1066年4月回归时,英国刚好发生诺曼底公爵王朝前的侵略战争,当时居民见到彗星高挂的恐怖情景,被绘在贝叶挂毯上留传后世。

直至1910年彗星再度回归时,尽管已是工业化的社会,人们仍对哈雷彗星充满恐惧。当时计算出来的结果显示:过近日点后的哈雷彗星其彗尾将扫过地球,有报纸故意夸大其恐怖性(彗尾中有毒气渗入大气层,并毒死地球上大部分人,实际上彗尾中的气体是陨星自然产生的,根本不会毒死人类),当时有些偏僻村落的人感到异常恐慌,有报道在中欧和东欧甚至有人因此自杀。

猎户座流星雨的母彗星是著名的哈雷彗星。猎户座流星雨是发生在10月至11月初,高峰期出现在10月21至22日。不同于其他星体的流星雨,猎户座流星雨在大量降落的10月21~22日前后几天都能够见到。

宝瓶座流星雨的母彗星也是著名的哈雷彗星。它是以宝瓶座附近为辐射点出现的流星雨,一年之中会有三次:第一次在每年的4月19日至5月28日前后出现;第二次在每年的7月12日至8月19日前后出现;第三次在每年的7月15日至8月25日前后出现。

为了观察哈雷彗星,当时参加国际哈雷彗星观测计划的国家所属太空中心中,美国国家太空总署、苏联太空局、欧洲空间局以及日本宇宙空间研究所发射了七架宇宙探查器,其中由美国发射的ICE、欧洲发射的“乔托号”、日本发射的“先驱号”和“彗星号”以及苏联发射的“维加一号”和“维加二号“在天文迷中普遍被称做“哈雷舰队”。

彗星碎片散落——看一场流星雨

在太阳系中,除了八大行星、矮行星和它们的卫星之外,还有彗星、小行星以及一些更小的天体。小天体的体积虽小,但它们和八大行星、矮行星一样,在围绕太阳公转。

流星、流星雨和流星体

如果彗星、小行星以及一些更小的天体有机会经过地球附近,就有可能以每秒几十千米的速度闯入地球大气层,其上面的物质由于与地球大气发生剧烈摩擦,巨大的动能转化为热能,引起物质电离发出耀眼的光芒。这就是我们经常看到的流星。

外空间的尘埃颗粒闯入地球大气,与大气摩擦,产生大量热,从而使尘埃颗粒气化。在该过程中发光形成流星,尘埃颗粒叫做流星体。而流星雨的产生一般认为是由于流星体与地球大气层相摩擦的结果(流星体可以是小行星带上的小行星),流星群往往是由彗星分裂的碎片产生。因此,流星群的轨道常常与彗星的轨道相关,成群的流星就形成了流星雨。

人们通常以流星雨辐射点所在天区的星座给流星雨命名,以区别来自不同方向的流星雨。例如每年11月17日前后出现的流星雨辐射点在狮子座中,就被命名为狮子座流星雨。猎户座流星雨、宝瓶座流星雨、英仙座流星雨也是这样被命名的。

“流星暴”像烟花般灿烂

一个微小的流星体就足以产生在几百千米之外就能看见的亮光,其原因就在于流星体的高速度。一个流星的颜色是流星体的化学成分及反应温度的体现,他们可以发出橘黄色、黄色、蓝绿色、紫色、红色等亮光。有时在一小时中只出现几颗流星,但它们看起来都是从同一个辐射点“流出”的,因此也属于流星雨的范畴;有时在短时间内,在同一辐射点中能迸发出成千上万颗流星,就像节日中人们燃放的礼花那样壮观。当流星雨的每小时天顶流量(ZHR)超过1000时,称为“流星暴”。