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短周期彗星 来自维基百科,自由的百科全书
哈雷彗星(正式名称为1P/Halley)是有名的短周期彗星,每隔75-76年就能从地球上被观测到[5],亦是唯一能用肉眼直接从地球看到的短周期彗星,人的一生中可能经历两次其来访。其他能以肉眼观察到的彗星可能会更壮观和美丽,但可能要数千年才会出现一次,由此可知是长周期彗星。
至少在公元前240年,或在更早的公元前466年,哈雷彗星返回内太阳系就已经由天文学家观测和记录到[6]。在华夏、巴比伦和中世纪的欧洲都有这颗彗星出现的清楚记录,但是当时的观测者并不知道这是同一颗彗星的再出现。英国天文学家爱德蒙·哈雷最先使用开普勒第三定律估算出他的周期,1758-1759年彗星再次来临的时候,这颗彗星被命名为哈雷彗星,以纪念哈雷的工作。哈雷彗星上一次回归在1986年,而下一次回归将大约在2061年[7]。
1986年哈雷彗星回归时,人类第一次用太空船详细观察彗星,得到了第一手的彗核结构与彗发和彗尾形成机制的资料。这些观测支持一些彗星结构的假设,如弗雷德·惠普的“脏雪球”模型比较正确地预测了哈雷彗星是挥发性冰——水、二氧化碳、和氨-和宇宙尘埃的混合物。资料使科学家建立了更准确的模型运算端;例如,哈雷彗星的表面大部分是宇宙尘埃,没有挥发性物质,并且只有一小部分是冰。
哈雷是第一颗被确认的周期彗星。文艺复兴之前,多数哲学家认定彗星的本质是地球大气中的一种扰动,如亚里士多德所论述的。第谷在1577年推翻这种想法,他以视差的测量显示彗星必须比月球更远。许多人依然不认同彗星轨道是绕着太阳,并且假定它们在太阳系内的路径是遵循直线行进的[8]。
1687年,艾萨克·牛顿发表了它的《自然哲学的数学原理》,介绍引力和运动的规律。虽然他怀疑在1680年和1681年相继出现的两颗彗星是掠过太阳之前和之后的彗星(1680年大彗星,后来发现他是正确的),但因为他的工作还未完成[9],因此未将彗星放入他的模型中。牛顿的朋友爱德蒙·哈雷在1705年发表《彗星天文学论说》(Synopsis of the Astronomy of Comets),使用牛顿运动定律计算木星和土星的引力对彗星轨道的影响[10]。他检视历史的纪录后,发现1682年出现的这颗彗星与1531年彼得鲁斯·阿皮亚努斯、1607年开普勒观测的彗星的轨道要素几乎相同[10]。因此哈雷推断这三颗彗星是同一颗彗星,周期在75-76年之间。在粗略的估计行星引力对彗星摄动后,预测这颗彗星在1758年将会再接近地球[11]。
虽然直到1758年12月25日,这颗彗星才被德国的一位农夫和业余天文学家约翰·格奥尔格·帕利奇观测到,哈雷的预测是正确的。它受到木星和土星摄动延迟的影响618天,直到1759年3月13日才通过近日点[12]。在彗星回归之前,摄动效应就已经被三位法国数学家亚历克西·克洛德·克莱罗、热罗姆·拉朗德和妮科尔-雷娜·勒波特组成的小组计算出[13],他们认为彗星会在4月13日回归(计算误差一个月)。[14]哈雷于1742年逝世,未能活着看见这颗彗星的回归[15]。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。这也是牛顿天体物理学最早成功的预测。1759年,法国天文学家尼古拉·路易·拉卡伊将这颗彗星命名为“哈雷彗星”,以纪念爱德蒙·哈雷的工作。
一世纪的犹太天文学家可能已经认为哈雷彗星会周期性出现[16]。提出这理论是注意到在一篇犹太法典的短文中[17]提到:“有一颗星隔70年出现一次,会使船长发生错误” [18]。
最先和最完备的哈雷彗星纪录皆在中国;据朱文鑫考证:自秦始皇七年(前240年)至清宣统二年(1910年)共有29次记录,并符合计算结果。
在欧洲,哈雷彗星的纪录也十分详尽,最早的纪录在前11年,但哈雷彗星回归与其他彗星一样,被众多迷信的居民联想成稀罕的灾星,与灾祸联系在一起;1066年4月回归时,英国刚好遇着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惧情况被绘在贝叶挂毯上留传后世。
大业三年三月辛亥,长星见西方,竟天,干历奎、娄,至角、亢而没;至九月辛未,转见南方,亦竟天,又干角、亢,频扫太微、帝座,干犯列宿,唯不及参、井,经岁乃灭。
《新唐书·天文志》记录唐武帝后光宅元年九月丁丑,有星如半月,见于西方。
《旧唐书·天文志》 二年二月丙午夜,彗出东方,长七尺余,在危初度,西指。戊申夜,危之西南,彗长七尺,芒耀愈猛,亦西指。癸丑夜,彗在危八度。庚申夜,在虚三度半。辛酉夜,彗长丈余,直西行,稍南指,在虚一度半。壬戌夜,彗长二丈,其广三尺,在女九度。癸亥夜,彗愈长广,在女四度。三月甲子朔,其夜,彗长五丈,岐分两尾,其一指氐,其一掩房,在斗十度。丙寅夜,彗长六丈,尾无岐,北指,在亢七度。文宗召司天监朱子容问星变之由,子容曰:“彗主兵旱,或破四夷,古之占书也。然天道悬远,唯陛下修政以抗之。”乃敕尚食,今后每日御食料分为十日。其夜彗长五丈,阔五尺,却西北行,东指。戊辰夜,彗长八丈有余,西北行,东指,在张十四度。诏天下放系囚,撤乐减膳,避正殿;先是,群臣拜章上徽号,宜并停。癸未夜,彗长三尺,出轩辕之右,东指,在张七度。
端拱二年七月戊子,有彗出东井、积水西,青白色,光芒渐长,晨见东北,旬日,夕见西北,历右摄提,凡三十日,至亢没。
1066年,彗星在英国出现,并被认为是一种预兆:同年晚些时候,英国哈罗德二世在黑斯廷斯战役中阵亡,征服者威廉夺取王位。这颗彗星出现在贝叶挂毯上,并在标题中被描述为一颗恒星。该时期幸存的记载将其描述为金星大小的四倍,并且发出相当于月球四分之一的光芒。哈雷当时距离地球不到0.1个天文单位[22],亮度达到-1等。
绍兴十五年四月戊寅,彗星见东方。丙申复见于参度。五月丁巳,化为客星,其色青白。壬戌留守张,至六月丁亥乃销。
大德五年八月庚辰,彗出东井二十四度四十分,如南河大星,色白,长五尺,直西北,后经文昌、斗魁,南扫太阳,又扫北斗、天机、紫微垣、三公、贯索,星长丈余,至天市垣,巴蜀之东,梁楚之南,宋星上,长盈尺,凡四十六日而灭。
1835 年,E. J. 库柏在爱尔兰马克里天文台使用口径为 340 毫米(13.3 英寸)的巴黎考乔瓦透镜望远镜绘制了哈雷彗星的草图。
F.W. Bessel也画了哈雷彗星的草图[24]。1835年,天文学家在彗星出现期间观察到的喷流促使弗里德里希·威廉·贝塞尔认为蒸发物质的喷射力可能足以显著改变彗星的轨道[25]。
世界各地的著名天文学家从1835 年8 月开始进行观测,其中包括多帕特天文台的斯特鲁维和好望角进行观测的约翰·赫歇尔爵士[26]。在美国,耶鲁大学使用望远镜观测彗星。新的观测结果有助于证实这颗彗星的早期纪录,包括1456年和1378年的回归。
1835年8月31日,天文学家D. Olmstead和E. Loomis 在康涅狄格州耶鲁大学首次报告了这颗彗星[27]。在加拿大纽芬兰和魁北克也都有彗星观测报告。1835年后期,来自各地的报道纷纷涌来,当时的加拿大报纸也经常对此进行报道。
天文摄影在1839年出现,因为摄影技术直到在1830年代才发明,故1835年回归没有拍摄记录[28]。
哈雷彗星在1835年与1910年之间回归周期只有74.42 年,这是已知的最短回归周期之一,彗星在行星的影响下,回归周期曾长达79年[29]。
直至1910年回归时,部分民众仍对哈雷彗星充满恐惧。当时经算出来的结果显示:过近日点后的哈雷彗星彗尾将扫过地球,有报纸故意夸大其恐怖性,称彗尾中有毒气会渗入大气层,并毒死地球上大部分人,正如科学家所预料的,这种情况并未发生。不过,哈雷彗星的光谱分析发现了彗星的彗尾中含有氰(一种毒气),这导致公众担心地球通过尾巴时会被氰毒化。不过,由于氰的含量极少,扩散到大气层后并不足以毒死人。[30][31]当时有些偏僻村落的人感到异常恐慌,报导称中欧和东欧甚至有人因此自杀。
这次回归开始,哈雷彗星有了照片和光谱纪录;是次回归最早在1909年9月11日被发现,当时彗星光度16等;1910年5月中旬直至月底的彗核亮度达2-3等,5月17日彗尾长达100度,往后更发展至140度之长。由于天文学家已预计5月20日地球经过哈雷彗星的彗尾(两者相距只有0.15 AU),这样引起包括气象学研究人员对环境的监测。这段时间拍下的彗头照片显示彗头复杂动荡的结构,并且有晕状和鸟冠状的光芒,5月24日彗核中心分为两个,各被抛物线状物包围;当年8月时为9等星,翌年1月时变为13~14等,那次回归最后观测纪录是1911年6月16日。
哈雷彗星1986年的回归是人类有史以来作对它所作的最详尽的一次观测,尽管这次回归它远远没有以往回归时那样的明亮。假如没有现代的观测与分析工具,这一次回归可能不被人们发现。
1982年10月16日美国帕洛马山天文台5米反射望远镜以CCD率先捕捉到回归途中的哈雷彗星,当时光度为24.2等,距离太阳11天文单位,即位于木星及土星之间,暂定名为1982I。
由于1910年观测时没有计划,当时各天文台观测方法和仪器上没有互相连系,故没有良好成果。为更有效协调全球观测网络,世界各天文台和天文爱好者之间联合观测。以美国喷气推进实验室为中心,由美国国家航空航天局赞助,并经国际天文学联会由22位天文学家组成委员会于1982年8月16日在希腊举行的国际天文学联合会第18次全体会议上正式成立“国际哈雷彗星观测计划”(International Halley Watch,IHW)。计划有统一的观测原则,出版规范观测资料和方法,也考虑资料整理,因此使比较研究更容易。此计划由1983年10月中旬开始直至1987年末,不间断的对哈雷彗星观测。
为了观察哈雷彗星,当时参加这场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、前苏联太空局、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前苏联发射的维加一号和二号,在天文迷中普遍被称作“哈雷舰队”。
1991年2月,南欧天文台以1.54米丹麦望远镜观测到哈雷彗星的亮度突然从25等增亮至21.5等,并冒出20角秒(约20万公里)的彗发,这可能是受到一颗小行星的撞击或者太阳耀斑的激波激发所致。
在20世纪最后一次在拍摄中发现哈雷彗星为1994年1月10日,以智利的3.58米新技术望远镜(New Technology Telescope)观测。2003年3月6日,天文学家以南欧天文台三座8.2米VLT望远镜在长蛇座头部再次拍到它(81张照片,共计九小时曝光),距地球27.26 AU(40.8亿公里),光度28.2等;天文学家相信:以现时观测技术,即使它在2023年过远日点(35.3 AU)还要暗2.5倍之下,也可拍到其影像。
哈雷彗星的下一次通过近日点发生在2061年7月28日,与1985-1986年回归相比,这次观测位置更好,因为彗星将与地球位于太阳系同一侧[32]。届时哈雷彗星最接近地球将是近日点后一天。预计当时亮度为视星等−0.3等,相较之下1986年亮度为仅为视星等2.1等[33] 。 2060年9月9日,哈雷彗星将经过木星0.98 AU(147,000,000公里)范围内,然后在2061年8月20日经过金星0.0543 AU(8,120,000公里)范围内。
哈雷彗星将于2134年3月27日抵达近日点[34][35]。2134年5月7日,哈雷彗星将经过地球附近,距离0.092 天文单位(13,800,000 公里)[1]。届时视星等预计为-2.0等[33]。