问题

为什么彗星有一条长长的尾巴?

回答
彗星那如梦似幻的长尾,并不是它固有的“发型”,而是由它在太空中穿越时受到的“待遇”所塑造的。就好比风吹过旗帜,旗帜才会飘扬出优雅的弧线,彗星的尾巴,也是它与宇宙环境互动产生的奇妙景象。

要理解这长长的尾巴是怎么来的,我们得先认识一下彗星这个“太空游子”。彗星通常被形容为“脏雪球”,由冰(主要是水冰、二氧化碳冰、甲烷冰等)、尘埃、岩石以及一些有机物构成。它们大都来自太阳系遥远的边界,比如柯伊伯带或者更遥远的奥尔特云。这些地方寒冷黑暗,远离太阳的热量,所以彗星的成分保持着“冻结”的状态。

然而,当这些遥远的访客开始它们的漫长旅程,朝着太阳系内部靠近时,故事就变得有趣起来了。太阳,这个巨大的恒星,不仅仅是照明和提供热量的光源,它还释放出强大的能量和粒子流。

首先,当彗星逐渐接近太阳时,太阳的辐射就会开始加热彗星的表面。虽然太阳在遥远的距离上看起来很小,但它的热量是实实在在的。就像一块放在阳光下的冰块会融化一样,彗星表面的冰也开始升华(直接从固态变成气态),而不是融化成液态。在这个过程中,大量的气体和尘埃粒子被从彗星核中释放出来。

这些被释放出来的气体和尘埃,并没有立刻散开,而是被一股无形的力量束缚住,形成一个围绕彗星核的模糊的球状区域,我们称之为彗发(Coma)。彗发的大小和亮度会随着彗星与太阳距离的变化而变化,离太阳越近,彗发就越大越亮。

接下来就是大家最熟悉的彗尾的出现。彗星的尾巴并不是只有一条,而是通常有两种不同的类型,它们是由不同的物质和受到太阳影响的方式决定的:

1. 离子尾(或等离子尾):这是彗星最常见、最醒目的尾巴,通常呈蓝色或蓝绿色。它是由彗星核升华出的气体分子(主要是水分子),在接近太阳时被太阳的紫外线辐射电离(失去电子变成带电的离子)形成的。这些带电的粒子会被太阳太阳风(Solar Wind)吹拂,太阳风是由太阳不断释放出的高能带电粒子流(主要是质子和电子)组成的。由于太阳风具有很强的指向性,它总是从太阳方向吹过来,所以离子尾总是指向远离太阳的方向,而且通常是直的。离子尾的形成过程可以想象成太阳风像一股看不见的风,将彗星释放出的带电气体粒子一股脑地“吹”向远离太阳的方向。

2. 尘埃尾(或颗粒尾):这条尾巴通常呈白色或黄色,比离子尾更宽更弯曲。它是由彗星核中释放出的尘埃颗粒组成的。这些尘埃颗粒比较重,不如气体分子那样容易被太阳风吹散。它们主要受到太阳辐射压力(Solar Radiation Pressure)的影响。太阳发出的光虽然我们感觉不到“压力”,但每一个光子都带有动量,当光子撞击到尘埃颗粒时,会给它们施加一个推力,将它们推离太阳。然而,由于尘埃颗粒仍然受到彗星在轨道上运动的惯性影响,它们不会像离子尾那样笔直地远离太阳,而是会沿着彗星的轨道路径,形成一条弯曲的、更宽的尾巴。可以想象成彗星在轨道上前进,而太阳光像一缕缕“推力”,把彗星身上的灰尘一点点“推”着离开,但由于彗星自己还在往前跑,所以这些灰尘就被拉出了一条弧线。

所以,我们看到的彗星长长的尾巴,实际上是彗星在接近太阳时,由太阳的光和粒子流“雕刻”出来的“杰作”。当彗星离太阳越近,升华和电离作用就越强烈,尾巴也就越长、越明亮。而当彗星开始远离太阳时,温度降低,升华作用减弱,尾巴也会逐渐消失,直至下次再靠近太阳时重新显现。

这整个过程,就像彗星在太空中一次壮丽的“旅行”,每一次靠近太阳都是一次“变身”,而那长长的尾巴,便是它在旅途中留下的闪耀痕迹。

网友意见

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实际上,彗星并不是任何时候都有一条长长的尾巴。只有彗星奔向太阳的时候才会有彗尾,就是那条长长的尾巴。

彗星,俗称扫帚星,中国古代称“星孛(bèi)”或“孛星”,是太阳系中一种比较奇特的成员,他们很多在扁长轨道上围绕太阳公转,称为“周期彗星”,也有一些不绕太阳运动,只是太阳系的过客。彗星的本体是由冰、一氧化碳、干冰和尘埃组成的彗核,其中冰占多数,我们称为“脏雪球”,彗核一般为1-40千米大小,质量大多在 千克范围内,也有更大或更小的。

彗星的尾巴并不是时时都有,一般只有在彗星向太阳方向运动时,才会有这条尾巴。当彗星奔向太阳时,不断接近太阳,接受到的太阳辐射就更多,彗核表面的冰会升华,同时带着尘埃挥发,这就形成了彗星的大气——彗发。彗星的表面并不滑,某些区域的升华会更剧烈,升华的气体大量生成,就会产生“喷流”等近核现象。

而所谓的尾巴,我们叫做彗尾,就来自彗发。在奔向太阳的过程中,由于受到太阳光的辐射压以及太阳风作用,彗发会被排斥,彗发中的尘埃和离子就会在远离太阳方向形成一道长长的尾巴,这就是彗尾。彗发和彗尾中的尘埃和离子会在太阳辐射的激发下发光,因此彗星和他的尾巴都会很亮。越靠近太阳,尾巴也越长越亮。

不过当彗星离开太阳的时候,基本就是裸露的彗核了。由于彗发,彗星每次回归,尤其是在日彗距离小的时候,彗星会损失质量,损失大约在0.1%-1%之间,因此彗星的寿命比较短。如果彗核分裂或撞击到其他天体,彗星会“死”得更快。

对彗星的探测也是航天航空的一共重要课题,像彗核的大小和形状、其表面和内部结构、化学成分和矿物组合、有机物种类和含量,尤其是跟生命有关的复杂有机物等问题都是地面探测很难得出结果的,因此,利用航空器对彗星进行探测和取样还是十分有必要的。

我们最熟悉的彗星应该就是哈雷彗星了,他是以英国天文学家哈雷的名字命名的。1682年,哈雷彗星回归,当时,牛顿万有引力已经建立,哈雷便与牛顿对这颗彗星的轨道进行计算。1695年,他开始专心研究彗星,它不仅计算了1682年那颗彗星的轨道,还从1337到1698年的彗星中挑选了24颗彗星进行计算,并发现1531年、1607年和1682年出现的彗星轨道近乎相同,于是他想到,这是同一颗彗星的三次回归,他又继续向前搜索,发现1456年、1378年、1301年、1245年,一直到1066年,历史上都有类似大彗星的记录。于是他提出,这是同一颗彗星,并预言这颗彗星将在1758年底或1759年初再度出现。可惜,哈雷死于1742年,并没有等到哈雷彗星再次回归,但1759年3月,哈雷彗星确实应约而来。后来人们就将这颗彗星命名为哈雷彗星,其周期约为76年,但周期也会有所变化。

哈雷彗星的上一次回归是1986年,再次回归要在2062年左右。

参考文献:

[1]徐伟彪,胡中为.论彗星空间探测的科学目标[J].南京大学学报(自然科学版),2006(01):1-10.

[2]郭红锋.天文动手做/天文望远镜系列 哈雷与彗星的故事[J].军事文摘,2020(18):48-51.

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