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【博科園-科學(xué)科普】彗星進(jìn)入內(nèi)太陽(yáng)系真是一大景觀。它是由氣體、塵埃、巖石和有機(jī)物組成的，而且自從45億年前太陽(yáng)系形成以來，彗星的存在基本沒有變化。時(shí)不時(shí)地一些引力作用將一顆彗星踢進(jìn)軌道，使它更接近太陽(yáng)。

由于輻射的增加，彗星的揮發(fā)性氣體和塵埃升華了表面，留下了一個(gè)長(zhǎng)尾冰。這就是人類如何發(fā)現(xiàn)彗星的方法。

2015年2月8日拍攝的彗星C /2014 Q2 Lovejoy,Widefield view的假色圖。圖片版權(quán)：Joseph Brimacombe

事實(shí)上彗星是由業(yè)余愛好者經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的夜空中的物體之一。通過發(fā)現(xiàn)一顆彗星，你可以得到它以你的名字命名。當(dāng)然許多彗星都是以機(jī)器人天文臺(tái)的名字命名的，這只是機(jī)器人從事人類工作的另一種方式。

彗星的起源最初是由Gerard Kuiper在1951年提出的，當(dāng)時(shí)他推測(cè)太陽(yáng)系周圍一定有一個(gè)巨大的氣體和塵埃盤，在冥王星的軌道之外。這條“柯伊伯帶”包含了數(shù)百萬的天體，它們圍繞太陽(yáng)運(yùn)行，在彗星的引力作用下力相互碰撞。這些相互作用將柯伊伯帶彗星撞向軌道，使它們靠近太陽(yáng)，在那里開始出現(xiàn)特有的尾巴。

天文學(xué)家稱這些短周期的彗星為彗星，因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)經(jīng)常繞太陽(yáng)運(yùn)行。彗星被賦予了編號(hào)和名稱，天文學(xué)家可以計(jì)算出彗星何時(shí)會(huì)接近太陽(yáng)和再次出現(xiàn)在地球的天空。

哈雷彗星，歐洲Giotto探測(cè)器所拍攝，圖片版權(quán)：Halley Multicolor Camera Team, Giotto Project, ESA

著名的哈雷彗星就是一個(gè)很好的例子，但它的軌道是在1705年由愛德蒙-哈雷(Edmond Halley)計(jì)算的。每74到79年哈雷彗星就會(huì)在太陽(yáng)附件劃過，然后我們?cè)诘厍蚓蜁?huì)看到這個(gè)神奇的天體。它上一次通過我們的地區(qū)是在1986年，直到2061年才會(huì)回來。

長(zhǎng)周期的彗星更神秘。這些天體不知從哪里冒出來，穿過太陽(yáng)系內(nèi)部，或撞向太陽(yáng)，然后又拉回到深空。那么它們從何而來？荷蘭天文學(xué)家Jan Oort計(jì)算出即使是在柯伊伯帶之外，也必須有一個(gè)更大的冰云，在5000到100000個(gè)天文單位之間（1個(gè)天文單位是地球到太陽(yáng)的距離，所以真的很遙遠(yuǎn)）。

在對(duì)數(shù)尺度上太陽(yáng)系的布局，包括奧爾特云。圖片版權(quán)：NASA

就像旅行者1號(hào)宇宙飛船，它是人類發(fā)射的最遠(yuǎn)和最快的航天器，但它還需要大約300年才能到達(dá)奧爾特云的邊緣。

天文學(xué)家認(rèn)為，在奧爾特云的偶然的引力小塊會(huì)導(dǎo)致這些長(zhǎng)期的彗星墜落到太陽(yáng)系內(nèi)部，并使它們罕見地出現(xiàn)。它可能需要一顆像這樣成千上萬甚至數(shù)百萬年的彗星來完成環(huán)繞太陽(yáng)的軌道，需要幾十個(gè)航天器來進(jìn)行重復(fù)觀察。

看看這張由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的彗星C /2017 K2 PANSTARRS的酷照片。這是一個(gè)很好的長(zhǎng)周期期彗星的例子，它在太陽(yáng)系45億年的歷史中第一次訪問太陽(yáng)系內(nèi)部。

這是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最暗淡、最遠(yuǎn)的彗星，它第一次出現(xiàn)在土星的軌道之外。彗星周圍的物質(zhì)云可能是冰凍的揮發(fā)性氣體的升華，如氧氣、氮?dú)?、二氧化碳和一氧化碳。天文學(xué)家認(rèn)為它在4年前開始活躍，現(xiàn)在才發(fā)現(xiàn)它。

當(dāng)它靠近太陽(yáng)，變暖的時(shí)候，它就會(huì)變成一顆真正的彗星，當(dāng)它堅(jiān)硬的巖石水冰結(jié)構(gòu)開始升華并出現(xiàn)彗星尾巴，應(yīng)該在2022年接近太陽(yáng)的時(shí)候接近太陽(yáng)。

這就是為什么我們還不能探測(cè)到奧爾特云。我們幾乎無法探測(cè)到土星軌道外的彗星，更不用說還有幾百次了。

顯然，我們的太陽(yáng)并不是銀河系中唯一的。這是一場(chǎng)由數(shù)千億顆恒星組成的巨大漩渦，在數(shù)萬年的時(shí)間里，其他恒星比我們今天看到的要更接近太陽(yáng)。歐洲航天局(European Space Agency)的蓋亞宇宙飛船(Gaia)最近發(fā)布了一份最詳細(xì)的恒星位置和運(yùn)動(dòng)地圖，給我們提供了一個(gè)更好的照片，展示了我們的太陽(yáng)在哪里，以及它未來將與之互動(dòng)。

為了與奧爾特云相互作用，天文學(xué)家已經(jīng)計(jì)算出恒星需要在大約6.5光年的范圍內(nèi)，才能在引力作用下相互作用，這取決于它的質(zhì)量。

圖片版權(quán)：Credit: ESA / Gaia / DPAC / A. Moitinho & M. Barros, CENTRA – University of Lisbon.

根據(jù)蓋亞宇宙飛船收集的數(shù)據(jù)，天文學(xué)家繪制出在未來500萬年左右的時(shí)間里銀河系附近30萬顆恒星的運(yùn)動(dòng)。在這些恒星中，97將在距太陽(yáng)15光年的范圍內(nèi)，而16顆將會(huì)接近于6.5光年。其中最有趣的是Gliese 710。在130萬年的時(shí)間里，它離太陽(yáng)不到2.5光年，穿過奧爾特云。

Gliese 710的質(zhì)量大約是太陽(yáng)的60%，它的速度大約是恒星掠過太陽(yáng)系時(shí)的一半。這意味著它將會(huì)逗留很長(zhǎng)一段時(shí)間，將彗星推向其質(zhì)量，并將彗星的陣雨送入太陽(yáng)系。把觀測(cè)的彗星收集起來平均來看，就像一個(gè)恒星在每5萬年左右的時(shí)間里經(jīng)過15光年的距離。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)殄缧亲矒艨赡苁堑厍蛏线^去滅絕事件的一個(gè)原因。通過追蹤我們地區(qū)的恒星運(yùn)動(dòng)，天文學(xué)家可以嘗試將過去的事件與恒星撞擊奧爾特云的時(shí)間相匹配，并預(yù)測(cè)未來的事件。

我們能到達(dá)奧爾特云并探索它嗎？幾年前有人提議建立一個(gè)太空觀測(cè)站，以觀察與奧爾特云一樣遙遠(yuǎn)的物體。被稱為Whipple任務(wù)，它將在太陽(yáng)地球L2點(diǎn)軌道運(yùn)行，并以廣闊的視野觀察天空。它將嘗試在距離更遠(yuǎn)的恒星前方一公里處的物體小到一公里的情況下探測(cè)過渡事件。從理論上講該任務(wù)將能夠發(fā)現(xiàn)這些過渡到22000個(gè)天文單位或近半光年。

Whipple任務(wù)將如何看到一個(gè)類地行星。圖片版權(quán)：Geoffrey A. Landis

另一個(gè)有趣的想法被稱為“聚焦任務(wù)”，它包括將一個(gè)太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)送到距離太陽(yáng)550光年遠(yuǎn)的地方。在這一點(diǎn)上，望遠(yuǎn)鏡可以利用太陽(yáng)本身的引力作為一個(gè)巨大的透鏡，把光線從更遠(yuǎn)的物體中聚焦。

實(shí)際上需要更遠(yuǎn)，在550個(gè)天文單位里陽(yáng)光會(huì)淹沒太空望遠(yuǎn)鏡可能會(huì)看到的任何東西。相反它需要走到距離地球2000多個(gè)天文單位的距離，當(dāng)聚焦到太陽(yáng)的時(shí)候，它就會(huì)變成一個(gè)愛因斯坦環(huán)。

能用這樣的望遠(yuǎn)鏡做什么？如果一個(gè)系外行星在太陽(yáng)的后面，完美的排列，就可以在35光年之外的世界上解決小到1公里的特征。像這樣的望遠(yuǎn)鏡給了我們一個(gè)很好的理由去探索和探索奧爾特云。

蓋亞飛船仍在努力收集數(shù)據(jù)，天文學(xué)家預(yù)計(jì)將于2018年4月再發(fā)射一次大規(guī)模的數(shù)據(jù)。隨著時(shí)間的推移，宇宙飛船將繪制出銀河系中10億顆恒星的位置和運(yùn)動(dòng)。

你想在夜空中看到一顆看得見的彗星？

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