Comet
Hale-Bopp (C/1995 O1)
百
武 彗 星 (C/1996 B1) 蘇漢宗、許瑞榮
成功大學 物理學系
彗 星 是 太 陽 系 較 特 殊 的 天 體 ， 它 們 的 軌 道 多 數 是 拋 物 線 ， 少 數 是 極 為 狹 長 的 橢 圓 或 雙 曲 線 ， 具 有 橢 圓 軌 道 的 彗 星 ， 週 期 性 地 在 太 陽 附 近 出 現 ， 彗 星 的 軌 道 可 以 和 黃 道 面 成 任 何 夾 角 。
彗 星 要 到 離 太 陽 相 當 近 時 才 會 被 發 現 ， 出 現 肉 眼 可 見 的 彗 星 之 機 會 極 少 ， 當 預 測 有 大 而 亮 的 彗 星 出 現 時 ， 常 激 起 一 般 大 眾 的 彗 星 觀 測 熱 潮 。 彗 星 的 核 心 之 大 小 約 在 數 十 公 里 以 內 ， 與 它 所 吸 引 的 注 意 力 實 在 不 成 比 率 。
像 百 武 彗 星 這 類 亮 度 的 彗 星 ， 平 均 每 二 、 三 十 年 出 現 一 顆 。 預 測 新 發 現 彗 星 未 來 的 可 能 亮 度 極 為 困 難 ， 只 能 依 過 去 的 經 驗 再 加 上 部 份 臆 想 ， 粗 估 彗 星 最 靠 近 地 球 時 的 可 能 亮 度 。 Comet Hale-Bopp目 前 (1996年 四 月 五 日)位 置 距 地 球 約 七 億 公 里 或 5 AU左 右， 其 現 在 的 亮 度 約 為 8.6星 等 ， 如 依 天 文 學 家 估 算 的 光 度 曲 線 發 展 ， 1997年 三 月 廿 二 日 最 近 地 球 距 離 時 ， 光 度 可 達 0.4星 等 ， 屆 時 可 能 又 會 掀 起 另 一 波 彗 星 熱 。
一 般 將 彗 星 分 成 長 週 期 彗 星(long-periodic comet)與 短 週 期 彗 星(long-periodic comet)。 週 期 少 於 200年 者 為 短 週 期 彗 星 ，此 類 彗 星 的 軌 道 大 多 與 太 陽 系 同 一 平 面 。 而 長 週 期 彗 星 的 軌 道 與 太 陽 系 面 的 夾 角 ， 可 為 任 意 角 度 ， 例 如 百 武 彗 星 的 夾 角 約 為 124度 ， Hale-Bopp彗 星 的 夾 角 為 89度 。
除 了 以 發 現 者 的 名 字 命 名 外 ， 長 週 期 彗 星 的 學 名 (proper name)由 國 際 天 文 聯 盟 (International Astronomical Union)依 發 現 的 年 份 與 月 份 命 名 。 國 際 天 文 聯 盟 將 每 年 的 十 二 個 月 又 細 分 成 上 半 月 與 下 半 月 ， 各 以 除 "I"與 "Z"外 的 廿 四 個 英 文 字 母 標 定 ， 例 如 Comet Hale-Bopp(週 期 約 3000年)發 現 於 1995年 七 月 廿 三 日， 且 為 該 下 半 月 所 發 現 的 第 一 顆 彗 星 ， 故 學 名 為 C/1995 O1。 百 武 彗 星 (週 期 約 二 萬 年)發 現 於 1996年 一 月 三 十 日， 是 該 下 半 月 所 發 現 的 第 二 顆 彗 星 ， 故 學 名 為 C/1996 B2。 短 週 期 彗 星 則 常 以 發 現 者 的 名 字 命 名 ， 如 哈 雷 彗 星 (週 期 76年)稱 為 P/Halley。
稱 彗 星 為 "髒 雪 球"或 "塵 球"皆 頗 恰 當 。 彗 星 離 太 陽 較 遠 時 ， 受 太 陽 輻 射 蒸 發 尚 不 顯 著 ， 彗 星 的 固 體 部 份 稱 為 彗 核 (nucleus) ， 其 主 要 組 成 為 塵 埃 、 石 塊 、 冰 塊 及 凝 結 成 固 態 的 氨 、 甲 烷 、二 氧 化 碳 等 化 合 物 。
彗 星 的 主 要 結 構 有 彗 核 、 彗 髮 與 彗 尾 。 彗 核 的 大 小 通 常 在 數 十 公 里 以 內 。 最 新 的 微 波 雷 達 數 據 顯 示 ， 百 武 彗 星 的 彗 核 出 奇 的 小 ， 大 約 介 於 一 公 里 與 三 公 里 之 間 。 哈 雷 彗 星 的 彗 核 在 十 公 里 左 右 ， 而 短 週 期 彗 星 Schwassman-Wachmann的 彗 核 則 高 達 四 十 公 里 。
當 彗 星 運 行 到 太 陽 附 近 ， 受 太 陽 的 光 與 熱 的 照 射 ， 冷 凝 物 質 與 固 體 裡 所 吸 附 的 氣 體 被 蒸 發 出 來 ， 在 彗 核 外 圍 形 成 反 射 太 陽 光 的 氣 團 ， 叫 做 彗 髮 (coma)， 彗 核 與 彗 髮 合 稱 為 彗 頭 。 此 時 它 的 大 小 可 達 十 萬 公 里 。
當 彗 星 非 常 靠 近 太 陽 時 ， 彗 髮 物 質 受 太 陽 輻 射 和 太 陽 風 的 吹 襲 ， 迫 使 部 份 彗 髮 物 質 向 背 離 太 陽 的 方 向 流 動 ， 成 為 長 髮 狀 的 彗 尾 (tail)， 彗 尾 通 常 遠 離 太 陽 ， 不 過 據 馬 王 堆 帛 書 的 彗 星 圖 ， 彗 髮 與 彗 尾 的 形 狀 相 當 多 變 ， 而 彗 尾 又 可 細 分 為 塵 尾 (dust tail)與 離 子 尾 (ion tail)兩 部 份 。 彗 尾 的 長 度 可 達 數 百 萬 公 里 ， 甚 至 長 達 上 億 公 里 。
彗 尾 物 質 比 實 驗 室 的 真 空 還 要 稀 薄 很 多 ， 基 本 上 對 地 球 應 不 會 有 任 何 影 響 ， 但 如 有 彗 星 與 地 球 正 面 對 撞 ， 則 又 另 當 別 論 。 1908年 於 西 伯 利 亞 中 部 森 林 的 神 祕 爆 炸 事 件 (Tunguska event)， 有 許 多 天 文 學 家 相 信 ， 是 由 一 顆 50至 100公 尺 直 徑 的 彗 星 或 彗 星 碎 片 在 森 林 上 方 爆 炸 所 造 成 的 。
除 了 一 些 週 期 性 的 彗 星 外 ， 不 斷 有 開 放 式 或 封 閉 式 軌 道 的 新 彗 星 造 訪 內 太 陽 系 。 這 些 新 彗 星 來 自 何 處 ？
太 陽 系 的 前 身 ， 是 氣 體 與 塵 埃 所 組 成 的 一 大 團 雲 氣 ， 在 46億 年 前 ， 這 團 雲 氣 或 許 受 到 超 新 星 爆 炸 震 波 的 壓 縮 ， 開 始 緩 慢 旋 轉 與 陷 縮 成 盤 狀 ， 圓 盤 的 中 心 是 年 輕 的 太 陽 。 盤 面 的 雲 氣 顆 粒 相 互 碰 撞 ， 有 相 當 比 率 的 物 質 凝 結 成 為 行 星 與 它 們 的 衛 星 ， 另 有 部 份 殘 存 的 雲 氣 物 質 凝 結 成 彗 星 。
當 太 陽 系 還 很 年 輕 時 ， 彗 星 可 能 隨 處 可 見 ， 這 些 彗 星 常 與 初 形 成 的 行 星 相 撞 ， 對 年 輕 行 星 的 成 長 與 演 化 ，有 很 深 遠 的 影 響 。 地 球 上 大 量 的 水 ， 可 能 是 與 年 輕 地 球 相 撞 的 許 多 彗 星 之 遺 產 ， 而 這 些 水 ， 後 來 更 孕 育 了 地 球 上 各 式 各 樣 的 生 命 。
太 陽 系 形 成 後 的 四 十 多 億 年 中 ， 靠 近 太 陽 系 中 心 區 域 的 彗 星 ， 或 與 太 陽 、 行 星 和 衛 星 相 撞 ， 或 受 太 陽 輻 射 的 蒸 發 ， 己 消 失 迨 盡 ， 我 們 現 在 所 見 的 彗 星 應 來 自 太 陽 系 的 邊 緣 。 如 假 設 殘 存 在 太 陽 系 外 圍 的 彗 星 物 質 ， 歷 經 數 十 億 年 未 變 ， 則 研 究 這 些 彗 星 ， 有 助 於 了 解 太 陽 系 的 原 始 化 學 組 成 與 狀 態 。
現 在 廣 為 天 文 學 家 所 接 受 的 理 論 認 為 ， 太 陽 系 大 家 族 包 括 九 大 行 星 與 外 圍 的 柯 伊 伯 帶 與 歐 特 雲 。 長 週 期 彗 星 可 能 來 至 歐 特 雲 (Oort cloud)而 短 週 期 彗 星 可 能 來 自 柯 伊 伯 帶 (Kuiper Belt)。
在 1950年 ， 荷 蘭 的 天 文 學 家 Jan Oort提 出 在 距 離 太 陽 30,000 AU到 一 光 年 之 間 的 球 殼 狀 地 帶 ， 有 數 以 萬 億 計 的 彗 星 存 在 ， 這 些 彗 星 是 太 陽 系 形 成 時 的 殘 留 物 。 有 些 歐 特 彗 星 偶 而 受 到 "路 過" 的 星 體 的 影 響 ，或 彼 此 間 的 碰 撞 ， 離 開 了 原 來 的 軌 道 。 大 多 數 的 離 軌 彗 星 ， 從 未 進 入 用 大 型 望 遠 鏡 可 偵 測 的 距 離 。 只 有 少 數 彗 星 ， 以 各 式 各 樣 的 軌 道 進 入 內 太 陽 系 。 不 過 到 目 前 為 止 ， 歐 特 雲 理 論 僅 是 假 設 ， 尚 無 直 接 的 觀 測 證 據 。
歐 特 雲 理 論 可 以 合 理 的 解 釋 ， 長 週 期 彗 星 的 來 源 和 這 些 彗 星 與 黃 道 面 夾 角 的 隨 意 性 。 但 短 週 彗 星 的 軌 道 在 太 陽 系 行 星 的 軌 道 面 上 ， 歐 特 雲 理 論 無 法 合 理 解 答 短 週 期 彗 星 的 起 源 。
1951年 ， 美 國 天 文 學 家 Gerard Kuiper提 議 在 距 離 太 陽 30到 100 AU之 間 有 一 柯 伊 伯 帶 ， 帶 上 有 許 多 繞 行 太 陽 的 冰 體 ， 這 些 冰 體 的 軌 道 面 與 行 星 相 似 ， 偶 而 有 些 柯 伊 伯 帶 物 體 受 到 外 行 星 的 重 力 擾 動 與 牽 引 ， 而 向 太 陽 的 方 向 運 行 ， 在 越 過 海 王 星 的 軌 道 時 ， 更 進 一 步 受 海 王 星 重 力 的 影 響 ， 而 進 入 內 太 陽 系 成 為 短 週 期 彗 星 。
天 文 學 家 David Jewitt與 Jane Luu自 1988年 起 ， 以 能 偵 測 極 昏 暗 物 體 的 高 靈 敏 度 電 子 攝 影 機 ， 尋 找 柯 伊 伯 帶 物 體 。 他 們 在 1992年 找 到 第 一 個 這 類 物 體 (1992 QB1)， 1992 QB1距 太 陽 的 平 均 距 離 為 43AU， 而 公 轉 的 週 期 為 291年 。 自 1992年 至 1996年 四 月 為 止 ， 陸 續 又 發 現 了 30多 個 柯 伊 伯 帶 物 體。
許 多 流 星 雨 發 生 在 地 球 通 過 彗 星 軌 道 時 ， 例 如 每 年 八 月 九 日 至 十 三 日 的 英 仙 座 流 星 雨 ， 是 因 地 球 越 過 Swift-Tuttle彗 星 的 軌 道 ， 而 哈 雷 彗 星 是 獵 戶 座 流 星 雨 的 來 源 。
由 彗 星 蒸 發 出 來 的 彗 星 物 質 ， 顆 粒 較 大 者 散 佈 在 彗 星 的 軌 道 上 ， 並 循 彗 星 繞 太 陽 的 軌 道 繼 續 運 行 。 當 地 球 越 過 這 些 彗 星 的 軌 道 時 ， 彗 星 粒 子 進 入 地 球 大 氣 層 焚 毀 ， 構 成 流 星 雨 的 現 象 。 下 列 為 主 要 的 流 星 雨 與 其 成 因 。
主 要 流 星 雨 之 日 期 與 成 因 |
| 流 星 雨 名 | 最 活 躍 日 期a | 流 星 雨 來 源 |
| 天 琴 座 流 星 雨 | 四 月 二 十 一 | 彗 星 1861 I |
| 英 仙 座 流 星 雨 | 八 月 十 二 日 | 彗 星 1862 III(Swift-Tuttle) |
| 天 龍 座 流 星 雨 | 十 月 十 日 | Giacobini-Zinner彗 星 |
| 獵 戶 座 流 星 雨 | 十 月 二 十 一 日 | 哈 雷 彗 星 |
| 金 牛 座 流 星 雨 | 十 一 月 七 日 | Encke 彗 星 |
| 獅 子 座 流 星 雨 | 十 一 月 十 六 日 | 彗 星 1866 I |
| 雙 子 座 流 星 雨 | 十 二 月 十 二 日 | 小 行 星 1983 TBb |
| a 詳 細 日 期 與 其 他 資 料 ， 請 參 閱 天 文 年 鑑 。 b 由 IRAS衛 星 在1983年 發 現， 可 能 是 "燃 盡" 彗 星 的 遺 骸。 |
對 其 他 流 星 雨 的 日 期 與 由 來 有 興 趣 的 讀 者 ， 請 參 考 Comets and Meteor Showers網 點 。