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那么,这些区域中的彗星是如何改变轨道进入内太阳系的呢?

2022-09-17 07:33:07 来源: 用户: 

彗星是星际间物质,也被人们称为“扫帚星”,古代人们普遍认为彗星是灾星,把彗星的出现和人间的战争、饥荒、洪水、瘟疫等灾难联系在一起。我国2 000多年前就有关于彗星的记录,《春秋》记载,公元前613年,“有星孛入于北斗”,这是世界上公认的关于哈雷彗星最早的确切记录,比欧洲早600多年。《天文略论》里写道:“彗星为怪异之星,有首有尾,俗象其形而名之曰‘扫把星’。”现在,利用望远镜我们平均每年可发现10多颗彗星,但肉眼可见的大彗星却不多见。彗星的样子很特别,它的主体部分是个球形,即彗核,核外的雾状包裹层叫做彗发,两者合称彗头。

彗星是个很奇特的天体。历史上第一个被观测到的周期性出现的彗星是哈雷彗星。1704年哈雷认识到它是周期性的,周期是76年。历史记录表明自从公元前240年开始,它每次通过太阳时都被观测到了。最近一次是在1986年通过的,哈雷彗星现在已经广为人知。离太阳很远时彗星的亮度很低,而且它的光谱单纯是反射太阳光的光谱。当彗星进入离太阳8个天文单位内时,它的亮度开始迅速增长并且光谱急剧地变化。发生这种变化是因为组成彗星的固体物质突然变热。

从古至今,彗星的故事和传说很多,人们对这种天体充满了好奇,但最让人们不解的是,彗星是如何形成的。这同样是宇宙留给人类的难题,研究至今,科学家们形成了以下几种看法:

由奥尔特云形成。1950年,荷兰天文学家奥尔特对41颗长周期彗星的原始轨道进行统计后认为,在冥王星轨道外面存在着一个硕大无比的“冰库”,或者说是一个巨大的“云团”。这个云团一直延伸到离太阳约22亿千米远的地方。奥尔特认为太阳系里所有的彗星都来自这个云团,因而人们把它称为彗星云或奥尔特云。奥尔特云离太阳系很远,那里大约有1 000亿颗彗星。

碰撞后的产物。这个假说认为,太阳系内某两个天体碰撞或太阳系内天体爆炸后,形成了许多碎片及更多的彗尾物质尘埃,而许多同一轨道的碎片结合到一起就形成了彗核,伴随的尘粒在接近太阳时就形成了彗头和彗尾,这种说法比较可信,因此被很多人接受。

来自木星**物。大多数周期彗星的轨道远日点都在离木星轨道不远处,由此可推测,彗星很可能是由木星内部向外**一些物质而形成的。彗星的化学成分确实也与木星大气成分相近,这一点支持了**说。然而,要想**物质,就必须达到60千米/秒的速度,因为只有这样,才可能使**物摆脱木星引力而飞向太阳系的轨道。但这一速度在木星上很难达到。所以,这个假说需要用更多的证据来证实。

由复仇星发出的。太阳有一颗姐妹星,叫复仇星。复仇星在绕太阳旋转的轨道上周期性地把致命的彗星释放到地球上,使地球上扬起迷漫持久的尘埃,环境发生剧变,致使生物从地球上消亡。且每隔2 600万年,当复仇星离太阳最近时,引力就使彗星从奥尔特云中飞出,其中一部分便飞到地球大气层中。


彗星是太阳系中的一种小天体,它们的主要成分为冰冻的水、氨以及甲烷组成,只含有少量的岩石物质,所以这种天体被冠之以“脏雪球”。典型的彗星通常以一个非常扁的椭圆轨道环绕太阳运动,所以有时候它们会运动到距离太阳很近的地方。当它们靠近太阳时,内部的冰就会因为受热而融化,形成了明亮的特征。从结构上来看,彗星主要由以下几部分组成:

(1)彗核。彗核由冰和岩石组成,这是彗星的固体核心。一般而言,彗核的直径在10-100公里之间。

(2)彗发。当彗星被加热时,彗核物质就会蒸发形成气体云,并围绕在彗核周围,这就是彗发。这些气体通常是水蒸气、氨气和二氧化碳的混合物。

(3)彗尾。太阳风会把彗星蒸发出来的气体和尘埃颗粒吹飞,从而形成长长的尾巴——彗尾,这是彗星最为明显的部分。

彗星来自哪里?

由于彗星每次接近太阳的时候都会因为蒸发而失去大量的物质,使得它们的寿命往往只有几千或者上万年。相对于太阳系的年龄来说,彗星的寿命极为短暂。因此,天文学家推测,由于太阳系已经诞生46亿年,而彗星至今还存在于太阳系中,那么,在太阳系的某些地方一定会存在彗星的摇篮,否则它们早就寿终正寝。由于天文学家已经确定了内太阳系中几乎所有的天体,所以彗星的发源地只可能存在于内太阳系之外。

最终,天文学家发现了彗星的两个来源地。其中一个来源是距离太阳30至50天文单位的柯伊伯带,这是一个环绕太阳的扁平圆环。来自这一区域的彗星拥有相对较短的轨道周期,并且环绕太阳运动的轨道与八大行星大致共面。另一个来源是比柯伊伯带远得多的奥尔特云,距离太阳5万至20万天文单位,这是一个环绕太阳的球壳区域。来自这里的彗星拥有比柯伊伯带彗星长得多的轨道周期,并且它们的轨道平面通常与大八行星的轨道平面形成一个很大的倾角。

那么,这些区域中的彗星是如何改变轨道进入内太阳系的呢?

目前的理论认为,这可能起因于彗星之间的互相碰撞,或者受到从太阳系附近经过的其他天体的引力摄动。


这个问题正好可以和「什么是小行星?」

https://www.wukong.com/question/6396741620686913794/ 这个问题配合起来看。

如果说小行星的定义是小行星是(1)太阳系内(2)绕着太阳公转的(3)相对较小的(4)不活跃的(5)岩质天体[1]的话,那么其实把“不活跃”换成“活跃”就变成彗星了。

按照传统的“脏雪球”模型,彗星是由一团岩石、尘埃和挥发性物质(主要是水冰)的混合体。因为彗星轨道的偏心率往往比较大(也就是轨道非常扁),所以大部分情况下彗星离太阳都非常远,这些时候彗星就很不活跃,加上彗星的形状也非常不规则,所以这些时候除了轨道偏心率之外彗星跟小行星的视觉差别不是很大。

(图:形状各异的彗星。来源:http://www.planetary.org/multimedia/space-images/small-bodies/comets-visited-by-spacecraft-2014.html)

但是,一旦当彗星沿轨道运行到离太阳很近的地方(也就是近日点附近)的时候,挥发性物质因为受热纷纷开始挥发,就会排出气体,形成长长的尾巴(也就是彗尾)。在近日点附近有明显的活跃性(彗尾),是我们判断一颗小天体是否是彗星的标准。从这个角度来说,很多小天体由于在近日点附近缺乏观测(比如轨道周期太长、或者在近日点附近太暗),很有可能本身是彗星却并没有被人类所识别。

(图:彗星的彗尾。来源:https://www.nasa.gov/audience/forstudents/k-4/dictionary/Comet.html)

彗星可以按照周期分为长周期彗星和短周期彗星,前者的轨道周期一般在200年以内。短周期彗星主要来自柯伊伯带,而长周期彗星主要来自奥尔特云。这部分更详细的说明可以参考「彗星是从哪儿来的?」https://www.wukong.com/question/6485927960430772493/ 中我的回答。

[1] https://www.nasa.gov/mission_pages/asteroids/overview/fastfacts.html

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