夜空中有时会出现一种带有“尾巴”的星星,它在星空背景上的位置会逐渐移动,而且“尾巴”的形态和亮度也会随之慢慢发生变化。这种形似扫帚的星星,古人称之为“扫帚星”,现今则称为“彗星”。彗星与小行星类似,也是太阳系中围绕着太阳运行的一种小天体,但与小行星有着明显差别:一是彗星物质的成分与小行星不同,前者主要是由水、氨、甲烷等物质冻结冰块、尘埃和小岩石颗粒凝聚而成的松散的固态物,而后者主要是致密的岩石物质。二是二者的轨道形状不同,小行星的轨道接近圆形,而彗星的轨道一般是十分扁长的椭圆。
当彗星体从远处逐渐向太阳回归靠近时,表面的冰物质不断被加热、汽化,与尘埃物质一起挥发出来,就会形成一条长长的“尾巴”。通常我们看到的彗星云雾状的前部称为彗头,由彗核和彗发组成。彗头中央最亮的部分称为彗核,那是彗星核心的固体部分,也称为彗星体。彗核接近太阳时,由于受到阳光的加热,凝冻的物质挥发出来,在彗核周围形成了彗星的大气,称为彗发。彗发的气体由于受到太阳的辐射压力和太阳风的推动,形成一条背向太阳的长长的彗尾。
彗核是一种很小的天体,直径一般只有几百米至几十千米,其形态好像是一团“脏雪球”,它们的物质密度大致只有水的一半左右。而彗发则是一个巨大气团,最大直径可达几十万千米,有的甚至比太阳还要大。彗尾更是一种庞然大物,横扫天穹,长度可达几千万千米,有的甚至超过数倍的日地距离。但彗尾物质的密度极低,甚至不到地球大气密度的10亿亿分之一。因此,有人把彗尾称为是“看得见的虚空”。
彗尾分为两类:一类是尘埃彗尾,其主要成分是尘埃粒子,呈黄白色;另一类是气体彗尾,也称离子彗尾,其主要成分是电离气体,略呈蓝色。尘埃形成弯曲的尾巴会被抛向轨道后方,而离子彗尾则由于受到太阳风的作用总是笔直地指向背向太阳的方向。
彗星分为两类:一类是周期彗星,以基本上是固定的周期回归到太阳近旁;另一类是非周期彗星,出现一次后再也不会重返了。周期彗星又分为两类:一类是短周期彗星,回归周期不大于年,它们的轨道是一种较扁的椭圆,远日点一般在几至几十个天文单位;另一类是长周期彗星,回归周期在年以上,轨道是一种极其扁长的椭圆,远日点可达几千甚至几万天文单位。彗星中最著名的哈雷彗星就是一颗周期约76年的短周期彗星,年出现的海尔—波普彗星是一颗周期为年左右的长周期彗星,而年出现的百武彗星,则是一颗非周期彗星。非周期彗星的轨道则是非封闭的抛物线甚至双曲线的形状。
天文学家认为,短周期彗星起源于冥王星轨道外侧的柯依伯带,而长周期彗星则是起源于遥远的(比日地距离还要远万倍以上)太阳系外侧的“奥尔特云”。还有些彗星甚至是来自太阳系之外。
年之后,天文学家发现了一种新类型的小行星,它们大多运行在木星轨道和海王星轨道之间,轨道相当扁长,当运行到离太阳足够近的距离时可能会出现类似于彗星的活动性。因其特征半像小行星,又半像彗星,因而用希腊神话中的半人马族的神祇予以命名,称为半人马型小行星。从此,彗星和小行星之间的特征性差别就比较模糊了。
截至年7月,已经发现记录到的彗星共有颗。天文学家发现,彗星的冰冻物质中保存着太阳系诞生时的很多信息,而且地球上的水和有机物最早也可能来自彗星,因此彗星的探测研究对于太阳系起源演化甚至地球上生命起源的研究都有着十分重要的意义。
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