假如一颗直径超过一百公里的彗星进入太阳系 人类可以多久发现并准确计算出它的运行轨道？
嘿，伙计们，咱们今天来聊个大的——一颗直径超过一百公里的彗星，这玩意儿要是闯进咱们太阳系，那可不是闹着玩的。你想知道人类啥时候能发现它，并且摸清楚它到底要怎么个走法吗？这可不是个简单的问题，得看不少门道。
首先得说，这事儿有个大前提：这颗彗星得往咱们这边靠近，而且还得在能被我们看见的距离上才行。 宇宙那么大，就算有颗巨无霸在那儿晃悠，如果它离我们八竿子打不着，那咱们也只能干瞪眼。所以，咱们先假设这颗彗星是个“亲切”的访客，正朝着太阳系内飞来。
发现的早晚，主要看它离咱们有多近，以及它有多亮。
它有多亮，很大程度上取决于它的构成。 如果它是个富含冰和尘埃的“脏雪球”，当它越来越靠近太阳时，冰会升华，形成明亮的彗发和彗尾，这玩意儿就能被肉眼或者望远镜看见。直径一百公里，那可是个大家伙，如果它足够活跃，产生的物质足够多，那么在相当远的距离，它就能被我们注意到。
距离是关键。 如果它从太阳系的外围，比如奥尔特云或者柯伊伯带那边慢悠悠地飘过来，那么它可能需要很长时间才能进入我们更容易观测的内太阳系区域。咱们现在的天文探测设备，特别是那些专门搜寻近地天体的望远镜（比如PanSTARRS、Catalina Sky Survey等），它们的工作范围非常广，并且一直在盯着天空的各个角落。
那么，具体多久能发现呢？这可就有点弹性和变量了。
最理想的情况是，它从一个非常有利的角度，足够早地进入我们能够探测到的区域。 比如，它正好朝着太阳系某个容易观测的方向飞来，并且它开始变得足够明亮，被某个正在搜寻天体的天文台给撞上了。这种情况下，也许在它还有几十个天文单位（AU，一个天文单位就是地球到太阳的距离，大约1.5亿公里）甚至上百个天文单位的距离时，就能被发现。那时候，咱们可能还有好几年甚至十几年时间来研究它。
另一种情况是，它可能是在内太阳系里才突然变得显眼。 比如，它之前一直潜伏在某个我们观测不到的角落，或者它的活动性不够强，直到快到地球附近了才因为靠近太阳而爆发出壮观的景象。这种情况下，我们发现它的时间就非常短了，可能只有几个月，甚至几周。当然，这么短的时间发现，对轨道计算会造成一定的挑战。
一旦发现了，如何准确计算它的运行轨道？
这就像是在茫茫大海中找到一艘船，刚开始你只能看到一点点影子，根据这个影子推测它的位置和方向。
1. 初步观测与轨道参数： 一旦我们看到它了，最重要的事情就是尽快进行多次观测。每一次观测，我们都会记录下它在天空中的精确位置（赤经和赤纬）、它在那一刻的亮度和颜色，以及它是什么时候被观测到的。
2. 使用牛顿万有引力定律： 天文学家们会用这些观测数据，配合牛顿的万有引力定律，来计算它的轨道。简单来说，就是通过它当前的位置和运动速度，去推断它在未来会如何运动。这需要用到非常复杂的数学模型。
3. 反复修正与提高精度： 最初的轨道计算可能只是一个大致的估计，因为我们只有几个观测点。随着时间的推移，我们能观测到更多它在天空中的位置，每次新的观测数据都会被用来“修正”和“优化”原有的轨道计算。就像开车导航一样，刚开始可能只能知道大概方向，但随着你不断前行，路况信息越来越多，导航就会越来越精确。
4. 考虑各种影响因素： 准确计算它的轨道，还需要考虑其他天体对它的引力影响，比如太阳、木星、土星等大行星的引力。这些“扰动”会让它的轨道发生微小的变化，如果不考虑进去，最终的计算就会不够精确。当然，对于一颗大型彗星，它自身释放出来的气体也会产生一定的反作用力，对它的轨道产生微小的影响，这个也需要考虑。
5. 多少观测点才算准确？ 理论上，要准确计算一个天体的轨道，至少需要三个独立的观测点。但这只是最基础的要求，为了达到我们通常说的“精确计算”，可能需要几十个，甚至上百个观测点。而且，这些观测点最好分布在它轨道的一段时间内，这样才能更全面地了解它的运动轨迹。
所以，具体多久能“准确”计算出轨道？
发现初期（几天到几周）： 当我们第一次发现它的时候，可能只能得到一个粗略的轨道，我们知道它大致的飞来方向和速度，但离我们到达的时间、以及它靠近地球的精确距离，可能都还有很大的不确定性。我们能告诉大家，“嘿，有这么个大家伙要过来”，但具体什么时候到，到哪儿，还不确定。
持续观测期间（几周到几个月）： 随着我们能够持续地追踪它，不断获得新的观测数据，轨道的计算精度会越来越高。通常来说，如果在发现后的几个月内，我们能获得足够多的高质量观测数据，就可以将它的轨道计算得相当准确了。这时候，我们就能比较有信心地预测它未来几十年甚至几百年的运行轨迹了。
高度精确（几个月到一年）： 如果我们希望达到那种“厘米级”的精确度（虽然对彗星来说不太可能），那可能需要更长时间和更精密的观测。但对于大多数情况下的预测，几个月到一年的持续观测，已经足够我们了解它的威胁程度了。
总而言之，一个直径超过一百公里的彗星，如果它往我们这儿飞，从它开始变得肉眼可见或望远镜可观测，到我们能准确计算出它的轨道，这个过程可能从几天到几个月不等。 越早发现，越早开始积累观测数据，我们就能越早越准确地知道它的行踪，这样我们才能有更充足的时间来应对可能发生的任何情况。这就像一个潜在的危险信号，越早收到，我们准备的时间就越充裕。
首先得说，这事儿有个大前提：这颗彗星得往咱们这边靠近，而且还得在能被我们看见的距离上才行。 宇宙那么大，就算有颗巨无霸在那儿晃悠，如果它离我们八竿子打不着，那咱们也只能干瞪眼。所以，咱们先假设这颗彗星是个“亲切”的访客，正朝着太阳系内飞来。
发现的早晚，主要看它离咱们有多近，以及它有多亮。
它有多亮，很大程度上取决于它的构成。 如果它是个富含冰和尘埃的“脏雪球”，当它越来越靠近太阳时，冰会升华，形成明亮的彗发和彗尾，这玩意儿就能被肉眼或者望远镜看见。直径一百公里，那可是个大家伙，如果它足够活跃，产生的物质足够多，那么在相当远的距离，它就能被我们注意到。
距离是关键。 如果它从太阳系的外围，比如奥尔特云或者柯伊伯带那边慢悠悠地飘过来，那么它可能需要很长时间才能进入我们更容易观测的内太阳系区域。咱们现在的天文探测设备，特别是那些专门搜寻近地天体的望远镜（比如PanSTARRS、Catalina Sky Survey等），它们的工作范围非常广，并且一直在盯着天空的各个角落。
那么，具体多久能发现呢？这可就有点弹性和变量了。
最理想的情况是，它从一个非常有利的角度，足够早地进入我们能够探测到的区域。 比如，它正好朝着太阳系某个容易观测的方向飞来，并且它开始变得足够明亮，被某个正在搜寻天体的天文台给撞上了。这种情况下，也许在它还有几十个天文单位（AU，一个天文单位就是地球到太阳的距离，大约1.5亿公里）甚至上百个天文单位的距离时，就能被发现。那时候，咱们可能还有好几年甚至十几年时间来研究它。
另一种情况是，它可能是在内太阳系里才突然变得显眼。 比如，它之前一直潜伏在某个我们观测不到的角落，或者它的活动性不够强，直到快到地球附近了才因为靠近太阳而爆发出壮观的景象。这种情况下，我们发现它的时间就非常短了，可能只有几个月，甚至几周。当然，这么短的时间发现，对轨道计算会造成一定的挑战。
一旦发现了，如何准确计算它的运行轨道？
这就像是在茫茫大海中找到一艘船，刚开始你只能看到一点点影子，根据这个影子推测它的位置和方向。
1. 初步观测与轨道参数： 一旦我们看到它了，最重要的事情就是尽快进行多次观测。每一次观测，我们都会记录下它在天空中的精确位置（赤经和赤纬）、它在那一刻的亮度和颜色，以及它是什么时候被观测到的。
2. 使用牛顿万有引力定律： 天文学家们会用这些观测数据，配合牛顿的万有引力定律，来计算它的轨道。简单来说，就是通过它当前的位置和运动速度，去推断它在未来会如何运动。这需要用到非常复杂的数学模型。
3. 反复修正与提高精度： 最初的轨道计算可能只是一个大致的估计，因为我们只有几个观测点。随着时间的推移，我们能观测到更多它在天空中的位置，每次新的观测数据都会被用来“修正”和“优化”原有的轨道计算。就像开车导航一样，刚开始可能只能知道大概方向，但随着你不断前行，路况信息越来越多，导航就会越来越精确。
4. 考虑各种影响因素： 准确计算它的轨道，还需要考虑其他天体对它的引力影响，比如太阳、木星、土星等大行星的引力。这些“扰动”会让它的轨道发生微小的变化，如果不考虑进去，最终的计算就会不够精确。当然，对于一颗大型彗星，它自身释放出来的气体也会产生一定的反作用力，对它的轨道产生微小的影响，这个也需要考虑。
5. 多少观测点才算准确？ 理论上，要准确计算一个天体的轨道，至少需要三个独立的观测点。但这只是最基础的要求，为了达到我们通常说的“精确计算”，可能需要几十个，甚至上百个观测点。而且，这些观测点最好分布在它轨道的一段时间内，这样才能更全面地了解它的运动轨迹。
所以，具体多久能“准确”计算出轨道？
发现初期（几天到几周）： 当我们第一次发现它的时候，可能只能得到一个粗略的轨道，我们知道它大致的飞来方向和速度，但离我们到达的时间、以及它靠近地球的精确距离，可能都还有很大的不确定性。我们能告诉大家，“嘿，有这么个大家伙要过来”，但具体什么时候到，到哪儿，还不确定。
持续观测期间（几周到几个月）： 随着我们能够持续地追踪它，不断获得新的观测数据，轨道的计算精度会越来越高。通常来说，如果在发现后的几个月内，我们能获得足够多的高质量观测数据，就可以将它的轨道计算得相当准确了。这时候，我们就能比较有信心地预测它未来几十年甚至几百年的运行轨迹了。
高度精确（几个月到一年）： 如果我们希望达到那种“厘米级”的精确度（虽然对彗星来说不太可能），那可能需要更长时间和更精密的观测。但对于大多数情况下的预测，几个月到一年的持续观测，已经足够我们了解它的威胁程度了。
总而言之，一个直径超过一百公里的彗星，如果它往我们这儿飞，从它开始变得肉眼可见或望远镜可观测，到我们能准确计算出它的轨道，这个过程可能从几天到几个月不等。 越早发现，越早开始积累观测数据，我们就能越早越准确地知道它的行踪，这样我们才能有更充足的时间来应对可能发生的任何情况。这就像一个潜在的危险信号，越早收到，我们准备的时间就越充裕。
网友意见
彗核直径 100.1 千米、正在靠近太阳的天体，距离地球约 50 天文单位时就有概率被红外线望远镜发现，距离地球约 28 天文单位时就有概率被哈勃空间望远镜根据颜色检测到，此时哈勃空间望远镜的分辨率不足以判定目标的直径约 100 千米——当然，发现目标后其他观测手段很快就会用上，估计一下直径还是可以的，但误差较大。哈勃空间望远镜可以在 2.8 天文单位距离上确定目标直径约 100 千米。
- 比这更大的天体的最远可能发现距离、可确定直径的距离都会相应延长。
- 地面上的可见光望远镜通过长时间曝光亦可发现 40 多天文单位上直径约 100 千米的天体。例如这是估计直径约 108 到 167 千米的小行星 15760 的五分钟曝光照片，该天体的平均轨道半径约 44 天文单位，近日点也远于 40 天文单位：
在 28 天文单位那样的距离上，自然形成的、直径上百千米的星际天体相对太阳的速度通常而言在 40 千米每秒以内。这速度和距离比起来是很慢的，想算出准确的轨道，需要积累数年的观测数据。
- 这类问题关注的显然是“对彗星撞击地球的预警”。速度数十千米每秒的物体从数十天文单位之外飞到地球轨道需要漫长的时间，即使算出的轨道指向地球，人们也可以慢慢地准备拦截。
目前，并非所有方向都有哈勃空间望远镜那样大的望远镜在监视，但小一些的望远镜实在太多了。彗核直径 100.1 千米的彗星在进入土星轨道（距离太阳约 9.6 天文单位）前后被发现的概率很高，在进入木星轨道（距离太阳约 5.2 天文单位）时还没被人们发现的概率几乎是零。更大的彗星被“几乎必定发现”的距离也更远。
- 那彗星当然也可以不在黄道面上。对于可能发现的距离来说，这都是一样的。
在土星轨道以内，这样的彗星的运动轨道在一天内就能出数据，数天内就能很好地确定。
- 彗星从土星轨道径直飞到地球上通常需要数年时间，足够美国、俄罗斯、中国各自发射巨型热核炸弹去偏转它。
现实中，星际天体鲍里索夫彗星于 2019 年 8 月 30 日被身在克里米亚天文台的业余天文学家根纳季·鲍里索夫用定制的 0.65 米望远镜发现。鲍里索夫彗星的彗核直径估计为 700 米到 3.3 千米。对图片档案进行的检索显示，鲍里索夫彗星在 2018 年 12 月 13 日就被拍摄下来，当时它距离太阳约 7.8 天文单位[1]。
参考
- ^ https://arxiv.org/abs/1911.05902
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