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第谷通过彗星,推翻了旧的宇宙理论；牛顿和哈雷通过彗星,为物理学的殿堂奠定了万有引力定律的基石；航天时代的空间彗星观测带来了大量来自太阳系边疆的远古信息等在彗星科学的历史上,不乏值得我们铭记的重要时刻.
DANSTARRS彗星于2013年初现身苍穹,引起了公众的关注.在科学昌明的今天,人们已经认识到彗星出现是一种自然的天文现象.
彗星往往会在天空中呈现出奇特的形状.它们的本体是冻结的水、二氧化碳、氨、氢、氧、一氧化碳等挥发性物质与尘埃物质混杂而成的团块,其中水冰的含量尤多,人们形象地称之为“脏雪球”.彗星的最大尺度不过几十千米,而大部分都更小.彗星集中在海王星轨道之外、太阳系边缘的两个辽阔区域,环绕太阳飞行.这两个区域一个较近,叫柯伊伯带；另一个很远,叫奥尔特云.极少数彗星的轨道会深入到太阳系的内部,向太阳飞近,天文学上称为彗星的“回归”.回归的彗星中有些在椭圆的轨道上按一定的周期运行,这些彗星多来自柯伊伯带,如著名的哈雷彗星,回归周期为76年.有些沿抛物线（或双曲线）轨道运行,多来自奥尔特云,往往接近太阳后就一去不复返了,这次回归的DANSTARRS彗星就属于这一类.
彗星与其它太阳系小天体（小行星、流星体和陨落到地面的陨星等）被称为太阳系的化石,保留了太阳系早期的许多信息,对它们的探测对于了解太阳系的起源和演化具有重要意义.此外,有科学家认为地球上的水和生命物质都来自彗星,所以天文学家对彗星的探测和研究有很大兴趣.
彗星在远离太阳时并无彗尾,不过是在恒星背景上移动的雾状斑点.当彗星飞近太阳时,受到太阳加热,使其物质挥发.太阳向外喷发的高速粒子流（太阳风）把挥发出来的气态物质吹向远方,同时强烈的阳光产生的光压把原先冻结住的尘埃推向远处,这样就形成了彗尾.彗尾沿着背离太阳的方向延伸,或者有一定的弯曲.所以当彗星在天空中出现时,往往有长长的尾巴,形如一柄大扫帚,也因此俗称“扫帚星”.这时候的彗星包含彗头和彗尾两部分.彗头由彗核（即彗星本体）、彗发和包围彗发的氢云（都是挥发出来的物质）构成,而彗尾中主要成分是气体分子、离子和尘埃粒子.
古代的彗星观
在古代,无论中国或者西方,由于彗星是比较罕见的天象,而且形态奇特,人们都曾经将其看作“异兆”,以为它们预示着祸殃.
一个著名的例子是1066年10月英格兰国王哈罗德战死于黑斯廷斯战役.那一年的春天,哈雷彗星出现在英格兰的上空.9月27日,法国的诺曼底公爵威廉率领骑兵和步兵跨海侵入英格兰,所向披靡,沿着海岸一直东进到黑斯廷斯.10月2日,哈罗德得悉这一情况,便仓促南下.14日两军在黑斯廷斯交战,英军不支,哈罗德于薄暮时战死.后来威廉加冕成为英国国王,史称“征服者威廉”.此后,在西方织成了一幅挂毯,哈雷彗星出现在挂毯的上方,御用顾问正在对哈罗德国王解说彗星所预兆的命运.
从古希腊时期直到第谷的时代,西方学者一直把彗星看作是一种很神秘的现象,并不认为它们与别的天体一样遵循物理规律,甚至以为是大气内的现象.例如1618年有3颗彗星出现,连伽利略也“老马失蹄”,固执地认为彗星不是天体,而是大气里的光学幻影.
1577年的大发现
1577年11月13日,著名的丹麦天文学家第谷正在庄园的一个鱼塘里钓鱼,这时他看到一颗“新星”.随着天空逐渐转暗,他看到这颗新星有尾巴：这不是恒星,而是彗星.他测量了它的位置,证实了它在月亮上方飞行.第谷发现彗星运行的路线将穿过水星和金星的轨道.
根据古希腊学者亚里士多德关于宇宙结构的水晶球理论,宇宙是由大小不同的同心水晶球层构成的,地球位于球心,每个天体,包括太阳、月亮、五大行星都在各自的水晶球层上运行.这个看法被中世界的基督教会奉为金科玉律,以诠释上帝创造世界的教义,因此是不容怀疑的.第谷认为彗星将撞击水星和金星的水晶球层――但是实际上后来并没有观测到碰撞的迹象.显然,并不存在固态的水晶球层,亚里士多德的水晶球理论站不住脚；这也表明彗星并非大气现象,而是来自遥远宇宙的访客.1586年第谷撰写了一本关于彗星的书并付诸出版,书名是《论以太世界中的最新现象》.
1577年的彗星对天文学的发展有两个持久的影响.首先,如上所述,第谷粉碎了水晶球层,这意味着天文学家必须寻找其它方案来解释行星的运行规律.
其次,在第谷所在的丹麦汶岛以南的远方,有一位母亲向年幼的儿子讲述着同一颗彗星,这个小男孩就是后来的德国天文学家约翰尼斯.开普勒.他从小受母亲卡塔琳娜.开普勒对天象观察的启蒙.母亲特地制定了一个激发时年6岁的小开普勒对天文学兴趣的计划,带他出去观看天象.三年之后,她又让他亲眼目睹了一次月食.这些天空景象点燃了开普勒对天文学毕生的热情,从而创造了伟大的业绩.
开普勒于1620年刊印了《论彗星》,在这本书里,他指出彗星的尾巴总是背着太阳,并且说那是由于太阳的光线驱动彗星头部的物质所形成的.这样他便在两个半世纪前预言了辐射压.但是他仍然相信彗星在太阳系里循直线运动.
1705年的预言
英国科学家牛顿开辟了彗星研究的新篇章.牛顿在出版于1685年的巨著《自然哲学的数学原理》里证明了1680年的彗星与行星一样,是受太阳引力驱动的天体,但是在非常扁长的轨道上运行,这个轨道伸展到当时已知的最远行星土星的轨道之外.牛顿搜集了从1337年以来24颗彗星的观测资料,交给他的朋友、天文学家哈雷进行分析.
哈雷以万有引力定律为理论基础,推算了这些彗星的轨道.发现1531年、1607年和1682年出现的3颗彗星的轨道相当一致,他断言：“那是一颗周期彗星,它每76年回归一次.”1705年,哈雷发表了《彗星天文学概论》一书,书中预言这颗彗星将于1758年再度回归.在哈雷逝世16年以后,这颗彗星果然如期而至,映照天穹.于是人们以哈雷命名这颗彗星,以示对这位杰出天文学家的永久纪念. 哈雷对彗星的预言证实了万有引力定律的正确性,也激发了当时天文学家对彗星的兴趣,他们不再消极地等待彗星的出现,而是系统地开始寻找,从此彗星天文学成了天文学的一个重要分支.
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18世纪末的彗星猎手
法国天文学家梅西叶（1730年～1817年）是系统地寻找彗星的第一人,他在长期工作里发现了21颗彗星,观测了46颗彗星.当时,在望远镜视场里,彗星与被称为“星云”（其中既有现代天文学所称的星云,也有星系）的天体都呈现为模糊的视面.梅西叶为了把可能是新发现的彗星与这些“星云”区别开,编制了一个包含103个“星云”的列表（后经他人扩充为110颗）,即著名的《梅西叶星表》.后来,著名英国天文学家威廉赫歇尔的妹妹卡罗琳赫歇尔（1750年～1848年）发现了8颗新彗星.在她的故居纪念馆的碑铭上,她被誉为“彗星猎手”.
1818年,一颗暗彗星为法国人庞斯（J.L.Pons,1761年～1831年）所发现.庞斯原是马赛天文台的工友,后来成为一位著名的彗星发现者,总共发现了36颗彗星.1818年所发现的这颗就是在彗星研究史上大名鼎鼎的恩克彗星.
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1949年的“脏雪球”模型
德国天文学家恩克计算了这颗暗彗星的轨道,惊异地发现它的周期很短――只有3.3年.他把这颗彗星与1786年、1792年和1805年观测到的3颗彗星相比较,证明是同一颗,从而说明他的结论是正确的.于是恩克预言这颗彗星将于1822年回归,届时果然应验了.这是彗星回归预测成功的第二个例子,更揭示了彗星中有短周期的一个新族.
稍后在19世纪中叶的1858年、1861年、1862年和1863年,相继有几颗大彗星过近日点,激发了人们对彗星研究的兴趣.人们发现了彗星的无害性,这改变了彗星有害的传统观念.而且人们还从这几颗彗星发现了彗星与流星雨的关系.
至于彗核结构的理论,现在比较公认的是1949年美国天文学家惠普尔（F.L.Whipple）通过对恩克彗星的研究所提出的“冰冻团块模型”,俗称“脏雪球”模型.19世纪对恩克彗星回归的多次观测发现,它的运动有加速现象,每个回归周期比上次缩短2.5小时.但是到了1868年,人们发现这一缩短速率在逐步减小（20世纪中叶每次只缩短几分钟）.惠普尔提出,彗核是一团冰冻的“脏雪球”,每次回归时都会由于太阳辐射而喷射出大量气体,产生“火箭效应”,从而解决了恩克彗星的运动周期问题.从上世纪80年代以来开展的空间彗星探测证实了这个模型的正确性.
1932年,一位爱沙尼亚天文学家首先提出彗星都来自太阳系边缘的一块“云”.这是彗星大本营概念的最早描述.1950年,荷兰天文学家奥尔特发现许多长周期彗星的远日点位于0.8光年至2.4光年之间,于是提出了“奥尔特云”的假说,认为这个区域就是长周期彗星的大本营.目前估计,奥尔特云内的彗星数量大约有1011个.尽管有这么多小天体,但是奥尔特云的范围太大了,相邻两个彗星之间的距离可能有好几千万千米之遥,相当于内太阳系中两颗行星轨道之间的距离.
人们通常将回归周期在200年以上的彗星称为长周期彗星,200年以下的为短周期彗星.短周期彗星带来了一个难题：它们频繁接近太阳,每次都会损失很多质量,因此寿命有限,早应在太阳系漫长的演化史中消
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“脏雪球”模型、奥尔特云假说和柯伊伯带理论,就是当代彗星科学的几个主要支点.
1970年开启彗星的空间探测
TSK彗星（Tago―Sato―Kosaka彗星）开启了彗星科学的航天时代.1970年1月14日,美国威斯康辛大学的科学家用OAO-22星对TSK彗星进行了紫外观测,首次在彗星上发现了包围彗核的天然氢原子云和羟基离子云.这次观测的成功立即促成了对Bent彗星的航天观测.
1973年的科胡特克彗星被誉为“航天时代的科学彗星”.全球天文学家组织了国际联测,在这次联测中首次发现彗星射电、首次发现彗尾中的多种复杂有机分子、首次发现彗核周围的冰粒晕、首次发现水离子等
航天器在这次联测中立下殊勋：它们看到了氢原子云,特别是正飞赴水星与金星途中的“水手”10号发现该彗星的氢原子云延伸达几千万千米.美国“天空实验室”上的宇航员吉布森通过此次观测,成为世界上第一个在外太空直接看到彗星的人,他还看到了逆向尘埃彗尾.
1981年,美国海军的科学家在处理1979年8月至9月用P78―1卫星的日冕仪拍摄的图像时,发现有一颗彗星冲入日冕仪挡板的遮挡范围后就再未出现,据判断,它已经坠向日面,粉身碎骨.这是首次发现彗星撞日现象.
如今,有许多天文爱好者通过SOHO等空间探测器的日冕仪图像搜索掠日彗星,成功者中也不乏中国的爱好者.
1986年的“哈雷舰队”
1986年,人类的“老朋友”哈雷彗星再度回归.美国、苏联、欧洲和日本为观测它而发射了多个空间探测器.其中欧洲空间局的“乔托”号、苏联的“维加”1号和2号、日本的“彗星”号和“先驱”号展开联合行动,有的负责远距离观测,有的负责数据中转,有的负责彗核定位,有的负责近距成像,被天文爱好者戏称为“哈雷舰队”.美国1978年发射的“国际彗星探险者”号（ICE）也参与了“哈雷舰队”的行动,它在前一年的9月11日刚刚穿越了Giacobini-Zinner彗星的彗尾.
如何写彗星硕士学位论文
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“乔托”号是“哈雷舰队”的尖兵,1986年3月14日它以596千米的距离、冒着彗星粒子的枪林弹雨从彗核附近通过,首次传回了哈雷彗星的近距图像.交会的途中险情不断,至少两次遭受严重撞击.第一次撞击导致“乔托”号的自转轴偏移,天线无法指向地球,并毁坏了部分仪器.经过32分钟的艰难调整,才得以继续收集数据.第二次撞击击毁了彩色相机,幸运的是,“乔托”号这时已经完成了与彗核的交会并传回了图像.
1994年,发生了彗星撞击木星的罕见天象,“伽利略”号探测器获取了丰富的数据.2005年7月4日,美国宇航局策划了一次对“坦普尔”1号彗星的撞击行动,也带来了许多有趣的发现.
随着科技的进步,人类与彗星的科学故事还远未结束,彗星科学还会谱写出什么样的新篇章呢?
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