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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(正式名稱為1P/Halley)是有名的短周期彗星,每隔75-76年就能從地球上被觀測到[5],亦是唯一能用肉眼直接從地球看到的短週期彗星,人的一生中可能經歷兩次其來訪。其他能以肉眼觀察到的彗星可能會更壯觀和美麗,但可能要數千年才會出現一次,由此可知是長週期彗星。
至少在西元前240年,或在更早的西元前466年,哈雷彗星返回內太陽系就已經由天文學家觀測和記錄到[6]。在華夏、巴比倫和中世紀的歐洲都有這顆彗星出現的清楚記錄,但是當時的觀測者並不知道這是同一顆彗星的再出現。英國天文學家愛德蒙·哈雷最先使用開普勒第三定律估算出他的週期,1758-1759年彗星再次來臨的時候,這顆彗星被命名為哈雷彗星,以紀念哈雷的工作。哈雷彗星上一次回歸在1986年,而下一次回歸將大約在2061年[7]。
1986年哈雷彗星回歸時,人類第一次用太空船詳細觀察彗星,得到了第一手的彗核結構與彗髮和彗尾形成機制的資料。這些觀測支持一些彗星結構的假設,如弗雷德·惠普的「髒雪球」模型比較正確地預測了哈雷彗星是揮發性冰——水、二氧化碳、和氨-和宇宙塵埃的混合物。資料使科學家建立了更準確的模型運算端;例如,哈雷彗星的表面大部分是宇宙塵埃,沒有揮發性物質,並且只有一小部分是冰。
哈雷是第一顆被確認的周期彗星。文藝復興之前,多數哲學家認定彗星的本質是地球大氣中的一種擾動,如亞里士多德所論述的。第谷在1577年推翻這種想法,他以視差的測量顯示彗星必須比月球更遠。許多人依然不認同彗星軌道是繞着太陽,並且假定它們在太陽系內的路徑是遵循直線行進的[8]。
1687年,艾薩克·牛頓發表了它的《自然哲學的數學原理》,介紹引力和運動的規律。雖然他懷疑在1680年和1681年相繼出現的兩顆彗星是掠過太陽之前和之後的彗星(1680年大彗星,後來發現他是正確的),但因為他的工作還未完成[9],因此未將彗星放入他的模型中。牛頓的朋友愛德蒙·哈雷在1705年發表《彗星天文學論說》(Synopsis of the Astronomy of Comets),使用牛頓運動定律計算木星和土星的引力對彗星軌道的影響[10]。他檢視歷史的紀錄後,發現1682年出現的這顆彗星與1531年彼得魯斯·阿皮亞努斯、1607年開普勒觀測的彗星的軌道要素幾乎相同[10]。因此哈雷推斷這三顆彗星是同一顆彗星,週期在75-76年之間。在粗略的估計行星引力對彗星攝動後,預測這顆彗星在1758年將會再接近地球[11]。
雖然直到1758年12月25日,這顆彗星才被德國的一位農夫和業餘天文學家約翰·格奧爾格·帕利奇觀測到,哈雷的預測是正確的。它受到木星和土星攝動延遲的影響618天,直到1759年3月13日才通過近日點[12]。在彗星回歸之前,攝動效應就已經被三位法國數學家亞歷克西·克洛德·克萊羅、熱羅姆·拉朗德和妮科爾-雷娜·勒波特組成的小組計算出[13],他們認爲彗星會在4月13日回歸(計算誤差一個月)。[14]哈雷於1742年逝世,未能活着看見這顆彗星的回歸[15]。彗星回歸的確認,首度證實了除了行星之外,還有其他的天體繞着太陽公轉。這也是牛頓天體物理學最早成功的預測。1759年,法國天文學家尼古拉·路易·拉卡伊將這顆彗星命名為「哈雷彗星」,以紀念愛德蒙·哈雷的工作。
一世紀的猶太天文學家可能已經認為哈雷彗星會週期性出現[16]。提出這理論是注意到在一篇猶太法典的短文中[17]提到:「有一顆星隔70年出現一次,會使船長發生錯誤」 [18]。
最先和最完備的哈雷彗星紀錄皆在中國;據朱文鑫考證:自秦始皇七年(前240年)至清宣統二年(1910年)共有29次記錄,並符合計算結果。
在歐洲,哈雷彗星的紀錄也十分詳盡,最早的紀錄在前11年,但哈雷彗星回歸與其他彗星一樣,被眾多迷信的居民聯想成稀罕的災星,與災禍聯繫在一起;1066年4月回歸時,英國剛好遇着諾曼第公爵王朝前的侵略戰爭,當時居民見到彗星高掛的恐懼情況被繪在貝葉掛毯上留傳後世。
大業三年三月辛亥,長星見西方,竟天,干歷奎、婁,至角、亢而沒;至九月辛未,轉見南方,亦竟天,又干角、亢,頻掃太微、帝座,干犯列宿,唯不及參、井,經歲乃滅。
《新唐書·天文志》記錄唐武帝后光宅元年九月丁丑,有星如半月,見於西方。
《舊唐書·天文志》 二年二月丙午夜,彗出東方,長七尺餘,在危初度,西指。戊申夜,危之西南,彗長七尺,芒耀愈猛,亦西指。癸丑夜,彗在危八度。庚申夜,在虛三度半。辛酉夜,彗長丈餘,直西行,稍南指,在虛一度半。壬戌夜,彗長二丈,其廣三尺,在女九度。癸亥夜,彗愈長廣,在女四度。三月甲子朔,其夜,彗長五丈,岐分兩尾,其一指氐,其一掩房,在鬥十度。丙寅夜,彗長六丈,尾無岐,北指,在亢七度。文宗召司天監硃子容問星變之由,子容曰:「彗主兵旱,或破四夷,古之占書也。然天道懸遠,唯陛下修政以抗之。」乃敕尚食,今後每日禦食料分為十日。其夜彗長五丈,闊五尺,卻西北行,東指。戊辰夜,彗長八丈有餘,西北行,東指,在張十四度。詔天下放繫囚,撤樂減膳,避正殿;先是,群臣拜章上徽號,宜並停。癸未夜,彗長三尺,出軒轅之右,東指,在張七度。
端拱二年七月戊子,有彗出東井、積水西,青白色,光芒漸長,晨見東北,旬日,夕見西北,歷右攝提,凡三十日,至亢沒。
1066年,彗星在英國出現,並被認為是一種預兆:同年晚些時候,英國哈羅德二世在黑斯廷斯戰役中陣亡,征服者威廉奪取王位。這顆彗星出現在貝葉掛毯上,並在標題中被描述為一顆恆星。該時期倖存的記載將其描述為金星大小的四倍,並且發出相當於月球四分之一的光芒。哈雷當時距離地球不到0.1個天文單位[22],亮度達到-1等。
紹興十五年四月戊寅,彗星見東方。丙申復見於參度。五月丁巳,化為客星,其色青白。壬戌留守張,至六月丁亥乃銷。
大德五年八月庚辰,彗出東井二十四度四十分,如南河大星,色白,長五尺,直西北,後經文昌、斗魁,南掃太陽,又掃北斗、天機、紫微垣、三公、貫索,星長丈余,至天市垣,巴蜀之東,梁楚之南,宋星上,長盈尺,凡四十六日而滅。
1835 年,E. J. 庫柏在愛爾蘭馬克里天文台使用口徑為 340 毫米(13.3 英寸)的巴黎考喬瓦透鏡望遠鏡繪製了哈雷彗星的草圖。
F.W. Bessel也畫了哈雷彗星的草圖[24]。1835年,天文學家在彗星出現期間觀察到的噴流促使弗里德里希·威廉·貝塞爾認為蒸發物質的噴射力可能足以顯著改變彗星的軌道[25]。
世界各地的著名天文學家從1835 年8 月開始進行觀測,其中包括多帕特天文台的斯特魯維和好望角進行觀測的約翰·赫歇爾爵士[26]。在美國,耶魯大學使用望遠鏡觀測彗星。新的觀測結果有助於證實這顆彗星的早期紀錄,包括1456年和1378年的回歸。
1835年8月31日,天文學家D. Olmstead和E. Loomis 在康涅狄格州耶魯大學首次報告了這顆彗星[27]。在加拿大紐芬蘭和魁北克也都有彗星觀測報告。1835年後期,來自各地的報道紛紛湧來,當時的加拿大報紙也經常對此進行報道。
天文攝影在1839年出現,因為攝影技術直到在1830年代才發明,故1835年回歸沒有拍攝記錄[28]。
哈雷彗星在1835年與1910年之間回歸週期只有74.42 年,這是已知的最短回歸週期之一,彗星在行星的影響下,回歸週期曾長達79年[29]。
直至1910年回歸時,部分民眾仍對哈雷彗星充滿恐懼。當時經算出來的結果顯示:過近日點後的哈雷彗星彗尾將掃過地球,有報紙故意誇大其恐怖性,稱彗尾中有毒氣會滲入大氣層,並毒死地球上大部份人,正如科學家所預料的,這種情況並未發生。不過,哈雷彗星的光譜分析發現了彗星的彗尾中含有氰(一種毒氣),這導致公眾擔心地球通過尾巴時會被氰毒化。不過,由於氰的含量極少,擴散到大氣層後並不足以毒死人。[30][31]當時有些偏僻村落的人感到異常恐慌,報導稱中歐和東歐甚至有人因此自殺。
這次回歸開始,哈雷彗星有了照片和光譜紀錄;是次回歸最早在1909年9月11日被發現,當時彗星光度16等;1910年5月中旬直至月底的彗核亮度達2-3等,5月17日彗尾長達100度,往後更發展至140度之長。由於天文學家已預計5月20日地球經過哈雷彗星的彗尾(兩者相距只有0.15 AU),這樣引起包括氣象學研究人員對環境的監測。這段時間拍下的彗頭照片顯示彗頭複雜動蕩的結構,並且有暈狀和鳥冠狀的光芒,5月24日彗核中心分為兩個,各被拋物線狀物包圍;當年8月時為9等星,翌年1月時變為13~14等,那次回歸最後觀測紀錄是1911年6月16日。
哈雷彗星1986年的回歸是人類有史以來作對它所作的最詳盡的一次觀測,儘管這次回歸它遠遠沒有以往回歸時那樣的明亮。假如沒有現代的觀測與分析工具,這一次回歸可能不被人們發現。
1982年10月16日美國帕洛馬山天文台5米反射望遠鏡以CCD率先捕捉到回歸途中的哈雷彗星,當時光度為24.2等,距離太陽11天文單位,即位於木星及土星之間,暫定名為1982I。
由於1910年觀測時沒有計劃,當時各天文台觀測方法和儀器上沒有互相連系,故沒有良好成果。為更有效協調全球觀測網絡,世界各天文台和天文愛好者之間聯合觀測。以美國噴氣推進實驗室為中心,由美國太空總署贊助,並經國際天文學聯會由22位天文學家組成委員會於1982年8月16日在希臘舉行的國際天文學聯合會第18次全體會議上正式成立「國際哈雷彗星觀測計劃」(International Halley Watch,IHW)。計劃有統一的觀測原則,出版規範觀測資料和方法,也考慮資料整理,因此使比較研究更容易。此計劃由1983年10月中旬開始直至1987年末,不間斷的對哈雷彗星觀測。
為了觀察哈雷彗星,當時參加這場國際哈雷彗星觀測計劃的國家所屬太空中心中,美國國家太空總署、前蘇聯太空局、歐洲太空總署以及日本宇宙空間研究所發射了七架宇宙探查器,其中由美國發射的ICE、歐洲發射的喬托號、日本發射的先驅號和彗星號以及前蘇聯發射的維加一號和二號,在天文迷中普遍被稱作「哈雷艦隊」。
1991年2月,南歐天文台以1.54米丹麥望遠鏡觀測到哈雷彗星的亮度突然從25等增亮至21.5等,並冒出20角秒(約20萬公里)的彗髮,這可能是受到一顆小行星的撞擊或者太陽耀斑的激波激發所致。
在20世紀最後一次在拍攝中發現哈雷彗星為1994年1月10日,以智利的3.58米新技術望遠鏡(New Technology Telescope)觀測。2003年3月6日,天文學家以南歐天文台三座8.2米VLT望遠鏡在長蛇座頭部再次拍到它(81張照片,共計九小時曝光),距地球27.26 AU(40.8億公里),光度28.2等;天文學家相信:以現時觀測技術,即使它在2023年過遠日點(35.3 AU)還要暗2.5倍之下,也可拍到其影像。
哈雷彗星的下一次通過近日點發生在2061年7月28日,與1985-1986年回歸相比,這次觀測位置更好,因為彗星將與地球位於太陽系同一側[32]。屆時哈雷彗星最接近地球將是近日點後一天。預計當時亮度為視星等−0.3等,相較之下1986年亮度為僅為視星等2.1等[33] 。 2060年9月9日,哈雷彗星將經過木星0.98 AU(147,000,000公里)範圍內,然後在2061年8月20日經過金星0.0543 AU(8,120,000公里)範圍內。
哈雷彗星將於2134年3月27日抵達近日點[34][35]。2134年5月7日,哈雷彗星將經過地球附近,距離0.092 天文單位(13,800,000 公里)[1]。屆時視星等預計為-2.0等[33]。