文／胡佳伶｜任职於台北市立天文科学教育馆
彗星的结构
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| 彗星的结构（经修改加上中文）。图 / spot.pcc.edu |
彗星的结构主要可以分为三部分：彗核、 彗发、彗尾。
彗核是彗星远离太阳时，唯一存在的部分，这个小小的冰冻核心，大小从几百公尺到几十公里不等，目前纪录上最大的彗核，是约四十几公里的海尔‧波普彗星。1950 年 Whipple 提出的「脏雪球模型」（Dirty Snowball Model），认为彗核主要是由冰雪（水、一氧化碳、二氧化碳、氨、甲烷）和灰尘（硅化物、金属）组成，此外彗核蕴藏着许多有机物，如甲醇、氰化氢、甲醛、乙醇、乙烷等，还有许多复杂分子，如长链状的碳水化合物及胺基酸存在。彗核反照率非常低，约只有 0.04 左右，可以说是太阳系内最黑暗的天体，接近太阳时彗核表面温度升高，易挥发的物质昇华喷发产生喷流，因此不易直接观察，目前只有数艘太空船曾近距离观察彗核。其本身的重力并不足以使之形成球状，因此大部分都呈现和小行星一样的不规则形。近距离观察彗星发现，表面是岩石及尘埃所覆盖的薄壳，大部分的冰可能都藏在彗核内部。
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| 太空船曾近距离观察彗核的形状及大小（经修改加上公制单位。 图 / http://minsex.blogspot.tw/2010/11/fab-five.html |
当彗星接近太阳到约 5 天文单位，太阳的热使彗核的冰升华为气体，形成一团包覆在外围的球形大气层，称为彗发，彗发会随彗星接近太阳变得越来越大，直径可达数十万到数百万公里。彗发包含了中性分子及灰尘，彗核中的气体母分子（CH4、 CO2、NH2、H2O）接近太阳时被释放出 来，生命週期短暂不易观测，这些母分子 因光解离作用产生第二代和第三代的分子 （CN、C2、C3、CH3、NH3、OH），生命週期长达数十万到数百万秒。围绕在彗发外围，还有由氢原子云气所形成的庞大包层（hydrogen envelope，halo），由於氢原子轻、扩散速度快，其大小可达到数千万公里，其波长为 Lyman-alpha 谱线的 1216 Å，仅太空望远镜的紫外波段影像可见。
太阳光的辐射压和高速太阳风粒子， 将彗发的物质吹向背对太阳的方向，形成长长的彗尾，这也是彗星最迷人的部分。 彗星的彗尾有两种，一种是尘埃尾（dust tail），一种是离子尾（ion tail），这两种彗尾的外观、成分和形成原因都不太一样。
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| 1997 年海尔．波普彗星的尘埃尾与离子尾相当明显。 图 / http://commons.wikimedia.org |
黄白色的尘埃尾瀰散而弯曲。富含尘埃的彗星产生各种不同大小的尘埃，尘埃受太阳重力与太阳光压影响，由於万有引力正比於质量（～体积，尘埃半径的三次方），辐射光压正比於截面积（尘埃半径的平方），因此越大的尘埃其向内的万有引力大幅抵销了向外的辐射光压，越小的尘埃所受万有引力较小，所以受到向外的净力反而较大（如下图），被推向较外围；且根据克卜勒第三运动定律，距离太阳愈远，尘埃运动速度也越慢，因此尘埃尾常呈扇形而瀰散，当彗星接近太阳时，扇形角度甚至 可超过 90 度。尘埃尾大致上背离太阳，但随著彗星前进， 尘埃会被留在轨道后方，因此尘埃尾会弯向轨道前进的反方向。尘埃颗粒因反射和散射太阳光呈现黄白色，另外也受太阳光加热发出红外线，其长度可达 106 -107 公里。
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| 大小不同的尘埃，受到向内的万有引力和向外的辐射光压的大小差别， 越小的尘埃所受到向外的净力越大（a为尘埃半径）。图／《台北星空》提供 |
蓝色的离子尾狭长而笔直，方向则永远背向太阳。 离子尾的成因是彗发的中性物质经过太阳风的光解离游离作用，形成离子态的 H2O+ 、CO+ 、N2+ 、CO2+ 、OH+ ， 这些离子和电子共存呈电浆状态，因此也被称为电浆尾（plasma tail），长度可达 107-108 公里。离子尾在可见光主要的发光物质是波长约 4273 Å 的 CO+ ，这也是离子尾常呈蓝色的原因。离子尾指向沿太阳磁力线方向背离太阳，与轨道方向无关。太阳的剧烈活动如日冕物质喷发，在太阳风磁场拉扯下，有时会造成离子尾的分叉、 断裂、再生等现象。
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| 鹿林彗星的离子尾產生断裂的现象（红圈处）。 图 /（Ernesto Guido、Giovanni Sostero、Paul Camilleri，http://remanzacco.blogspot.com） |
有时彗星的尘埃尾看起来反而朝向太阳，称为「逆尾」（anti-tail）。彗星较大且重的尘埃，比较不受太阳辐射光压影响被推向背离太阳，反而留在轨道后方。若地球通过彗星轨道平面附近，因地球视角产生的几何投影效应，尘埃尾看起来便朝向太阳。有时候彗核表壳破裂，物质从缝隙向外喷发形成的喷流，恰巧在向着太阳的那一面，也会形成真正的逆尾。历史上曾出现明显逆尾的彗星包括 1957 年的 Arend-Roland 彗星、2007 年的海尔波普彗星（C/1995 O1 Hale-Bopp）、2009 年的鹿林彗星 （C/2007 N3 Lulin），以及 2013 年的泛星彗星（C/2011 L4 PANSTARRS）。
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| 逆尾的成因。图 /spaceweather.com |
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| 逆尾的成因。图/《台北星空》提供。 |
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| 2009 年的鹿林彗星有非常明显的逆尾（左侧），右侧是背向太阳的离子尾。 图 / By Joseph Brimacombe, Cairns, Australia, CC BY 2.5, wikimedia commons. |
彗星留在轨道上的尘埃，还会带来另一场惊喜！当地球通过彗星轨道附近，轨道上的残骸受地球重力影响，短时间内大量掉落地球大气层，就会形成流星雨，若正逢母彗星回归后几年内，流星雨有可能特别壮观。造成狮子座流星雨的母彗星是週期 33 年的 55P/Tempel-Tuttle， 1998 年的回归就造成了之后数年的狮子座流星雨大爆发，相信大家对於 2001 年 ZHR 值达数千颗的狮子座流星雨都还印象深刻。
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| 流星雨的成因与彗星有关。图 / 台北市立天文科学教育馆 |
彗星的命名
彗星是极少数可以用发现者名字命名的天体（小行星的命名权虽然属於发现者，但却不能以发现者的名字命名），台湾第一颗发现且命名的彗星是在 2009 年来访的 C/2007 N3 Lulin 鹿林彗星，由中央大学鹿林天文台所发现。天文爱好者若在夜空中发现可疑的模糊天体，必须确认并非其他的可能性（如亮星的鬼影、昏暗的星群等），并以第二台观测仪器确认，将所见到的影像每隔 15 分鐘或半小时记录下来，确认其是否有在背景星空中移动，另外可以使用CBAT（中央天文电报局， Central Bureau for Astronomical Telegrams）的彗星辨认程式（comet-identification program）确认观测天区是否有任何已知的小行星或彗星，如果可能的话，请有经验的彗星观测者协助确认，便可以将详细的观测记录通报 CBAT。
在有系统性的命名规则之前，彗星的命名有几种不同的原则。像是二十世纪前，大部分的彗星仅简单地以出现的年份或加上月份为名，像是 「1680 年大彗星」（C/1680 V1，Kirch’s Comet）、 「1882 年 9 月大彗星」（C/1882 R1，great September comet of 1882）、和「1910 年白昼大彗星、1910 年 1 月大彗星」（daylight comet of 1910、Great January Come t of 1910）等等。而在哈雷计算出 1531、 1607、1682 年造访的彗星其实是同一个天体，并成功预测它在 1759 年的回归之后，这颗彗星就被命名为「哈雷彗星」（Halley），第二颗和第三颗被确认的週期彗星——恩克彗星（Encke）和比拉彗星 （Biela），也同样是以计算出轨道的天文学家，而非当初的发现者命名。
至二十世纪早期，以发现者名字为彗星命名已非常普遍，直至今日皆然，彗星名称至多可以有三位独立发现者的名字，像是海尔波普彗星（C/1995 O1 Hale-Bopp）就是以两位独立发现者 Alan Hale 与 Thomas Bopp 来命名，另外以著名的彗星猎人麦克诺特（Robert H. McNaught）命名的彗星就已经超过 50 颗。近年来，许多彗星是由天文计画或大型仪器所发现，便会以之命名，像是 PanSTARRS 彗星是由泛星计画（Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System，Pan-STARRS）发现。
1995 年以前，除了以发现者的姓名为彗星命名之外，另外也会以发现的西元年份，加上代表当年发现顺序的小写英文字母，给予彗星暂时性名称，像是 1969i Bennett 彗星，就是 1969 年第九颗被发现的彗星。一旦轨道确定之后，则会以通过近日点的年份和代表顺序的罗马数字给予彗星永久名称，像是 Bennett 彗星是 1970 年第二颗通过近日点的彗星，因此它的永久命名是 1970 II。如果一年里被发现的彗星不只 26 颗，这时便会在英文字母后面加上阿拉伯数字继续编号，像是在 1989 年 的彗星编号就达 1989h1 之多。
但这套命名系统存在着一些缺陷，像是历史上的彗星由於缺乏轨道元素而在永久命名上会有些困扰，於是 1994 年 8 月 24 日於荷兰海牙举行的国际天文联合会（IAU）大会中，决议修改旧有的彗星命名规则，并自 1995 年开始使用新的彗星命名规则。 彗星在一年中以每半个月为单位使用英文大写字母 表示被发现的时间，略过字母 I 和 Z（详下表）：
再加上数字表示该时段内被宣布发现的顺序（这和小行星的命名规则雷同）。因此像是 C/2012 S1 ISON 彗星就是在 2012 年 9 月下半月第一颗被发现的彗星。另外还会依彗星的性质在名字加上前缀标示如下：
如果彗星被观测到回归，或是经由观测通过远日点确定其週期性，则会在 P/ 或 D/ 前冠上一个由国际天文联合会小行星中心（MPC）所指定的官 方序号，例如 1P/1682 Q1 为哈雷彗星、3D/1832 S1 为比拉彗星。如果彗星分裂成好几个碎片，则在名字后面加上 -A, -B,… 来区分每个碎核。
（完）
文章摘自 泛科学 PanSci
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