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彗星：天上的流浪者

//m.auribault.com 2013-11-27 来源：北京日报

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　　1577年，第谷与几百英里外的一位德国天文学家商定，在某夜某时记录下这颗彗星相对于星空背景的位置，而第谷本人在丹麦他自己的天文台观测。第谷对观测结果进行了分析研究，他发现不管观测者位于何处，观测到的彗星相对于星空背景的位置几乎相同，看不出有什么改变。就是说，彗星的视差比月亮的视差要小得多。这就意味着，彗星距离地球比月亮距离地球要远得多。事实是，第谷断定这颗彗星与地球的距离至少是地球与月亮距离的四倍，即约一百万英里。

　　这个数字并不准确。实际上，这颗彗星离地球还要远得多。但第谷的结论仍然是有重要意义的，它说明彗星不可能是一团燃烧着的空气。由此可见，亚里士多德的理论是错误的，彗星跟其他行星一样，是一种天体。

　　牛顿万有引力定律完美解释了天体运动

　　在第谷所处的时代，天文学家们已开始对宇宙有了新的看法。

　　1543年，波兰天文学家哥白尼写作了《天体运行论》，哥白尼认为只有月亮在以地球为中心的圆形轨道上转动；地球本身绕太阳作圆周运动；所有别的行星也绕太阳作圆周运动。太阳和所有绕太阳公转的天体构成“太阳系”。

　　德国天文学家开普勒，曾经是第谷的助手，他不完全赞同哥白尼的理论。他在研究了行星在天空中的运动以后，曾于1609年指出，行星围绕太阳运动的轨道不是圆形的，各行星沿着“椭圆轨道”绕太阳运行。

　　开普勒关于椭圆轨道的见解，用来解释行星的运动是很适合的，但仍然存在不少悬而未决的问题。例如，为什么行星绕太阳公转的轨道不是圆形或其它形状的曲线，而是椭圆形呢?为什么行星在靠近太阳时要比远离太阳时运行得快一些呢?

　　英国科学家牛顿为这一类的问题找到了答案。1687年，他发表了一本著作，其中叙述了“万有引力原理”。按照这一原理，宇宙间任何物体都与别的物体相互吸引，两物体间的引力与每个物体的“质量”(它所包含的物质的多少)及两物体之间的距离有关。引力的大小能用一个简单的数学公式来计算。

　　牛顿说明了如何运用这一公式准确计算月亮绕地球运行和行星绕太阳公转的轨道。这个公式也可以用于解释各行星的运行为什么时而快时而慢，为什么有的行星运行速度大于别的行星。用万有引力原理还可以说明地球上的潮汐和许多别的现象。

　　牛顿证明，物体在万有引力定律的作用下，不仅循着椭圆运动，在一定的条件下，天体运行的轨道可能不是像圆周或椭圆那样的闭合曲线，还可能是断开曲线，也就是所谓抛物线或双曲线。

　　哈雷和牛顿一样，坚定不移地相信万有引力定律是一条普遍的定律。因此，他们认为彗星的运动，也应该符合这一定律。但是彗星的轨道究竟是哪一种曲线呢：椭圆、抛物线还是双曲线?

　　最早被预言回归的哈雷彗星

　　18世纪初，哈雷在不同的时间内观察了24颗彗星，算出了这些彗星的轨道。哈雷把这些彗星加以比较研究之后，获得了一个重要的发现：原来在1531年、1607年和1682年出现的三颗彗星的轨道几乎是重合的。于是哈雷断定这三次所看到的其实不是三颗不同的彗星，而是同一颗彗星，它每隔76年再回到太阳附近。

　　哈雷的这一发现说明，至少有一些彗星不是按着抛物线运行，而是按着椭圆运行的。哈雷很有把握地预言说，这颗彗星将于1758年重新回到太阳附近的天空中来。

　　哈雷没有来得及证实他自己的预言，就在1742年死去了。但是他的研究却闻名于世。1758年快来了，哈雷彗星引起了全世界科学家的普遍注意。哈雷的预言会不会被证实呢？哈雷彗星会不会回来呢？

　　18世纪中叶，被称为天体力学的天文学得到了很大的进步。天文学家们运用万有引力定律，已经能够将某些天体的引力对另一些天体运行的影响非常精确地计算出来。天才的法国天文学家克连劳计算了大行星木星和土星的引力对哈雷彗星运行的影响，在进行了许多极其复杂的计算之后，得出了一个结论，他说哈雷彗星应该在1759年4月通过它自己轨道的近日点。

　　克连劳的推算在1758年11月发表了，一个月之后，在双鱼星座里发现了一个模糊的小斑点。这就是哈雷彗星，它果然重新回到太阳这里来了。这颗彗星几乎恰恰是在克连劳所指出的那个日期通过了它的近日点。这件事曾经被当作盛大的科学节日来庆祝。彗星的运行原来是符合万有引力定律的，这就又一次证明了这条定律的普遍性。

　　哈雷彗星是当今最著名的彗星。它恰好于1066年诺曼底的威廉准备进攻英格兰时出现，也恰好在耶稣诞生的公元前11年出现。有些人认为，说不定它就是“伯利恒之星”。

　　我国史书上对哈雷彗星的出没有详细的记载。《春秋》记载：鲁文公十四年(公元前613年)“秋七月，有星孛入于北斗。”这是世界上最早的关于哈雷彗星的确切记载。从公元前240年起，哈雷彗星每次出现，我国都有详细记录，这是其他国家所没有的。

　　哈雷百年后才算出第二颗彗星轨道

　　值得庆幸的是，哈雷彗星的轨道较短，每隔75年左右它就能回归一次。19世纪出现的某些彗星，如分别在1812年、1861年、1882年出现的彗星，是十分巨大而明亮的。但它们的轨道很可能非常长，因此需要数以千年计的时间才能回归一次。上次它们接近太阳时，地球上的居民还是穴居野处的原始人。

　　哈雷彗星的轨道比现存的任何一颗发光彗星的轨道都短。它是至今轨道已知并能确切预告回归时间的唯一的一颗发光彗星。

　　哈雷对1682年彗星回归的预见和彗星在1759年的如期回归，使天文学家们对彗星更加注意。他们使用望远镜可以确定许多用肉眼看不到的暗弱彗星的位置。这样，他们就无须坐等周期很长的亮彗星的出现了。

　　由于一种特殊的原因，天文学家们在18世纪时，对彗星的研究曾一度失去信心。在哈雷计算出哈雷彗星的轨道以后，人们认为从此许多彗星轨道都能计算出来。但是在哈雷之后的一百年内，人们并没有计算出其他彗星的轨道。

　　以后，在1818年，法国天文学家吉恩·庞斯找到了一颗彗星，他认为这是一颗新的彗星。德国天文学家约翰·恩克研究了它的轨道，并且发现了有几次出现的彗星是沿着同一轨道运行的。例如，1786年、1795年和1805年出现的彗星，都是如此。

　　以这个数据为基础，恩克计算了这颗彗星的轨道后发现，它的轨道是一个非常短的椭圆形，它每隔3.3年就回归并靠近太阳一次，它的椭圆轨道很短，连木星轨道都达不到。

　　这颗彗星从此被称为“恩克彗星”。它是继哈雷彗星之后，第二颗按推算时间重新出现的彗星。

　　恩克彗星是一颗“短周期彗星”。尽管在恩克所处的时代之后，许多彗星轨道相继被计算出来，但是，没有一颗别的彗星轨道比恩克彗星更短，这就是说，没有别的彗星会像它那样经常回归并靠近太阳。

　　事实上，所有短周期彗星(每隔几年回归并靠近太阳一次的彗星)都是亮度微弱的。每次回归中形成的彗发在斥力作用下都会成为彗尾，而且不再复现。因此，彗星每次回归时形成彗发和彗尾的原料越来越少。这就是说，一颗彗星的亮度必然会随着回归次数的增加而减小，并渐渐地消失。短轨道彗星由于回归次数频繁而早就失去了光彩。只有那些长轨道的彗星由于相隔很长时间才返回太阳近旁一次，所以，它们在每次回归时依然是明亮的。

　　延伸阅读

　　彗星究竟是什么？

　　1950年，荷兰天文学家简·奥尔特提出，在太阳系边远的区域，有一个由许多小天体组成的群带。它们离地球大约有几亿英里远，所以即使用最高倍的望远镜，也无法看到。在那里可能有一亿个小天体。当它们走近太阳的时候，就变成彗星。

　　美国天文学家弗雷德·惠普尔认为，彗星来自一个十分遥远的地区，那里温度很低。构成彗星的主要成分是地球上的气态物质，比如氨、甲烷、佩等气体。这些物质在那里是固态的，像冰一样的。组成彗星的物质还有普通的冰(即冻结的水)。在冰状物质中可能还分布着细小的岩石颗粒。而在冰状物质的中心，有的可能还有一个岩石核心，有的却没有。每当彗星接近太阳一次，组成彗星的冰状物质就会蒸发，而岩石颗粒就会被分离出来形成彗发。

　　1958年，美国科学家尤金·诺曼·帕克指出，微小的粒子(有的甚至比原子的体积还小)不断快速地从太阳朝四面八方发射出来，它们形成了“太阳风”。彗发受到太阳风的冲击，在背离太阳的方向形成了彗尾。

　　第一次接近太阳的彗星能产生比太阳体积还大的巨大彗发和伸展几亿英里的长彗尾。彗星在多次经过太阳附近以后，失去了构成自身的大量物质，亮度很快减弱。即使是哈雷彗星，它的亮度也在逐渐减弱。

　　太阳系中的彗星很多，估计大约数以万亿计。著名的天文学家开普勒讲过：“彗星在天空里就像鱼在大海里那样多。”由于绝大多数彗星很暗，离我们太远，所以很难看到。目前人类可以看到的彗星约1500颗左右。其中，明亮的只有20多颗。彗星的质量非常小，1000亿颗彗星的质量合起来也只有地球的十分之一。

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编辑：尹盼秋