彗尾

彗尾

彗尾(huìwěi) 一顆彗星的明亮的尾部延伸部分,可以是彗頭的擴展或者具有某種結構,因而能與彗頭有所區別;彗尾主要由氣體和塵埃組成。 除了離太陽很遠時以外,彗星的長長的明亮稀疏的彗尾,在給人們這樣的印象,即認為彗星很靠近地球,甚至就在我們的大氣範圍之內。1577年第谷指出當從地球上不同地點觀察時,彗星並沒有顯出方位不同:因此他正確地得出它們必定很遠的結論。彗星屬於太陽系小天體。

  • 中文名稱
    彗尾
  • 時    間
    1577年
  • 拼    音
    huìwěi
  • 隸    屬
    太陽系小天體
  • 人    物
    第谷

簡介形成

當彗星逐漸接近太陽時,冷凍的表面開始蒸發,形成一個巨大的彗頭或彗發。彗星在環繞太陽時,太陽風迫使氣體和被蒸汽吹走的塵埃粒子形成兩條彗尾。太陽風的平均速度是每秒300-500千米,對彗星造成一強大的推斥力,因而造成了彗尾的高加速度。太陽輻射及太陽風就是促成彗尾形成的兩股原動力,故此彗尾要接近太陽時才出現且太陽愈壯觀,但卻永遠背向太陽。塵埃彗尾隨著彗星軌道略呈彎曲,為黃色,它是由太陽輻射的斥力產生的;氣體彗尾是筆直的,呈藍色,它是被太陽風的荷電粒子往後推出的,可長達1億公里或更長。當彗星遠離太陽而去時,彗尾又開始縮短。彗星通過火星時,它的彗尾便開始逐漸形成。接近太陽時,彗星所產生的氣體最多,彗尾也最長。

彗尾彗尾

最耀眼的彗星莫過於鹿林彗星,因為它來自太陽系外圍的歐特雲(Oort cloud)(注),若軌道呈雙曲線,這會是它唯一一次造訪太陽系內部;而且相較於其它來自歐特雲的彗星,它算是非常接近地球的一個,近地點約只有 0.41 天文單位(相當於 6100 萬公里),使得不少天文專家日以繼夜守著它,也捕捉到難得一見的彗尾斷裂、長時間"反向"彗尾等景象。

氣體交織

鹿林彗星最特殊之處莫過於它偏綠的彗尾,與一般常見的藍色彗尾不同。"中央大學"天文研究所教授陳文屏表示,彗星的主體"彗核"是冰塊與塵埃混合而成,大小約數公里。彗星接近太陽(小於 5 天文單位)時,彗核內部受熱後壓力逐漸增大,使氣體衝破表殼,連帶噴出塵粒,並包覆在彗核外,形成直徑約數十萬公里的球形"彗發"。當彗星繼續靠近太陽,就會出現長達數千萬至數億公里的"彗尾"。彗尾分塵埃尾與離子尾兩種,塵埃尾顧名思義是由塵埃組成,離子尾主要由氣體組成,二者的形成原因和發光機制各不相同。

一般見到的藍色彗尾就是離子尾,它的形成原因與太陽風有關。太陽風是太陽表面噴發出來的游離氫(即質子與電子),當它靠近彗星時,太陽風挾帶的太陽磁場會受彗星的帶電離子乾擾,使得磁力線往背離太陽的方向,並且繞著彗星彎曲。彗星的離子和太陽風都是沿著磁力線運動,最後二者就一起形成往背離太陽方向延伸的離子尾。

太陽風是間歇性的,每次噴出來的強弱也不一樣,加上彗星本身運動也會影響磁場,所以離子尾就可能有忽長忽短、分叉、斷裂、消失、再生等情況。此次鹿林彗星被觀察到離子尾斷裂的情形,正是在非常靠近太陽時發生的。

離子尾的發光機制也與太陽風有關。組成離子尾的氣體分子被太陽風撞擊後,會激發成由離子與電子組成的電漿狀態,當電子與離子重新結合時,就會發光。不同離子放射出來的光顏色不同,一般見到的離子尾呈藍色,是因為含有較多的一氧化碳離子(CO+),其它尚有 H+、C+、 N2+、 Ca+、 CH+、 CN+、CH3OH2+、OH+、 H2O+ 等,但由於藍光偏多,以致不易察覺出別的顏色。鹿林彗星的離子尾呈綠色,經光譜分析發現,是雙原子碳(C2)發出的螢光輻射。一般彗星也有這些譜線,但是鹿林彗星似乎特別明顯,不過實際機制有待進一步探討。

"反向"塵埃尾?

除了綠色離子尾,天文學家也長時間觀測到鹿林彗星的"反向"塵埃尾。塵埃尾是反射太陽光而呈黃色的彗尾,其形成原因與太陽輻射光壓有關。輻射光壓就像是光線照在塵埃上所造成的壓力,由於塵埃的顆粒有大小之分,顆粒越小越容易被推向遠方,最後造成塵埃呈扇形發散出去。根據克卜勒行星運動定律,根據克卜勒行星運動定律,離太陽近的行星運動速度比遠處行星快。換句話說,散在離太陽較遠處的塵埃(和彗星一樣繞著太陽運動)運動速度較慢,反之則快,以致塵埃尾扇形區域末端會因運動速度的快慢而彎曲。

與離子尾一樣,塵埃尾的尾巴也是往背離太陽的方向延長,這是因為輻射光壓的施力方向也是背離太陽;但此次鹿林彗星的塵埃尾卻有很長一段時間指向太陽,出現"反向"彗尾。陳文屏解釋,鹿林彗星的彗尾並非真的變成"反向",而是因為鹿林彗星與地球運行軌道幾乎在同一平面,從地球角度觀測產生錯覺造成。

這次鹿林彗星除了帶來與往常不同的驚喜,在科學研究上也很有價值,例如觀察離子尾的變化有助於了解太陽風的特性;而藉由彗尾研究彗星的結構、化學成份等,則可以探知太陽系的過去,尤其是鹿林彗星的故鄉離太陽相當遙遠,受太陽輻射影響少,故能保留更多太陽系形成之初的樣貌,甚至可以反應歐特雲天體的特性,因此它的造訪可說意義非凡。

注:彗星的所在主要分布在兩個區域,短周期彗星(約 200 年以下)是在海王星軌道之外的"古柏帶" (Kuiper belt);而長周期、軌道呈雙曲線或拋物線的彗星,則分布在太陽系外圍,距離太陽可達 10 萬天文單位的歐特雲區,鹿林彗星就是其中一個。

難以預測的彗星

鹿林彗星在最接近地球,原本預估觀測亮度可能達四、五等(星等數字越小表示越亮,人類肉眼可見極限約六等),而且月相幾乎逢朔,沒有月光乾擾,沒想到鹿林彗星移至近地點的前後幾天,台灣地區的天候不佳,致使觀測結果大受影響。"中央大學"天文研究所教授陳文屏表示,彗星的亮度並不容易預估,除了與彗星大小、離太陽及地球遠近等條件有關,最難掌握的是當時的噴髮狀態。以短周期彗星為例,雖然可以粗略估算彗星每次接近太陽時,會損失 0.1~1% 的物質,然而不能就此斷定彗星下次接近到太陽附近時,亮度就會變暗,因為有可能下次噴發活躍程度較強,或離地球較近,而使得亮度不減反增。

除了一般人關心的亮度,彗星軌道也不容易計算。相較於行星、衛星等天體,彗星的質量小得多,其運動方式容易受其它天體乾擾,特別是當它靠近太陽時,噴發物質後帶來的反作用力,使得科學家很難掌握它下一步的行進方向。陳文屏表示,之所以無法確定鹿林彗星的運行軌道是拋物線、雙曲線或是極狹長橢圓,是因為科學家只觀察到極小段的軌道,且其運行軌跡一直有些微改變。從 2007 年 7 月累積至 2009 年 2 月的軌跡點,推算其軌道顯示它可能是周期長約 2800 多萬年的極狹長橢圓,但累積至 6 月的數據卻顯示為雙曲線。究竟哪個推論才正確,尚需很長時間追蹤分析。

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