彗尾

彗尾（huìwěi） 一顆彗星的明亮的尾部延伸部分，可以是彗頭的擴展或者具有某種結構，因而能與彗頭有所區別；彗尾主要由氣體和塵埃組成。 除了離太陽很遠時以外，彗星的長長的明亮稀疏的彗尾，在給人們這樣的印象，即認為彗星很靠近地球，甚至就在我們的大氣範圍之內。1577年第谷指出當從地球上不同地點觀察時，彗星並沒有顯出方位不同：因此他正確地得出它們必定很遠的結論。彗星屬於太陽系小天體。

基本介紹

• 中文名：彗尾
• 外文名：Comet tail
• 拼音：huìwěi
• 時間：1577年
• 人物：第谷
• 隸屬：太陽系小天體

基本簡介

當彗星逐漸接近太陽時，冷凍的表面開始蒸發，形成一個巨大的彗頭或彗發。彗星在環繞太陽時，太陽風迫使氣體和被蒸汽吹走的塵埃粒子形成兩條彗尾。太陽風的平均速度是每秒300—500千米，對彗星造成一強大的推斥力，因而造成了彗尾的高加速度。太陽輻射及太陽風就是促成彗尾形成的兩股原動力，故此彗尾要接近太陽時才出現且太陽愈壯觀，但卻永遠背向太陽。塵埃彗尾隨著彗星軌道略呈彎曲，為黃色，它是由太陽輻射的斥力產生的；氣體彗尾是筆直的，呈藍色，它是被太陽風的荷電粒子往後推出的，可長達1億公里或更長。當彗星遠離太陽而去時，彗尾又開始縮短。彗星通過火星時，它的彗尾便開始逐漸形成。接近太陽時，彗星所產生的氣體最多，彗尾也最長。

最耀眼的彗星莫過於鹿林彗星，因為它來自太陽系外圍的歐特雲(Oort cloud)(注)，若軌道呈雙曲線，這會是它唯一一次造訪太陽系內部；而且相較於其它來自歐特雲的彗星，它算是非常接近地球的一個，近地點約只有 0.41 天文單位(相當於 6100 萬公里)，使得不少天文專家日以繼夜守著它，也捕捉到難得一見的彗尾斷裂、長時間“反向”彗尾等景象。

相關原理

鹿林彗星最特殊之處莫過於它偏綠的彗尾，與一般常見的藍色彗尾不同。“中央大學”天文研究所教授陳文屏表示，彗星的主體“彗核”是冰塊與塵埃混合而成，大小約數公里。彗星接近太陽(小於 5 天文單位)時，彗核內部受熱後壓力逐漸增大，使氣體衝破表殼，連帶噴出塵粒，並包覆在彗核外，形成直徑約數十萬公里的球形“彗發”。當彗星繼續靠近太陽，就會出現長達數千萬至數億公里的“彗尾”。彗尾分塵埃尾與離子尾兩種，塵埃尾顧名思義是由塵埃組成，離子尾主要由氣體組成，二者的形成原因和發光機制各不相同。

一般見到的藍色彗尾就是離子尾，它的形成原因與太陽風有關。太陽風是太陽表面噴發出來的游離氫(即質子與電子)，當它靠近彗星時，太陽風挾帶的太陽磁場會受彗星的帶電離子干擾，使得磁力線往背離太陽的方向，並且繞著彗星彎曲。彗星的離子和太陽風都是沿著磁力線運動，最後二者就一起形成往背離太陽方向延伸的離子尾。

太陽風是間歇性的，每次噴出來的強弱也不一樣，加上彗星本身運動也會影響磁場，所以離子尾就可能有忽長忽短、分叉、斷裂、消失、再生等情況。此次鹿林彗星被觀察到離子尾斷裂的情形，正是在非常靠近太陽時發生的。

離子尾的發光機制也與太陽風有關。組成離子尾的氣體分子被太陽風撞擊後，會激發成由離子與電子組成的電漿狀態，當電子與離子重新結合時，就會發光。不同離子放射出來的光顏色不同，一般見到的離子尾呈藍色，是因為含有較多的一氧化碳離子(CO+)，其它尚有 H+、C+、 N2+、 Ca+、 CH+、 CN+、CH3OH2+、OH+、 H2O+ 等，但由於藍光偏多，以致不易察覺出別的顏色。鹿林彗星的離子尾呈綠色，經光譜分析發現，是雙原子碳(C2)發出的螢光輻射。一般彗星也有這些譜線，但是鹿林彗星似乎特別明顯，不過實際機制有待進一步探討。

彗尾消失

如果離子尾是充分發展的，則磁場在某一點上會擠壓在一起，在某一段距離上的離子尾會發生磁場重聯的現象，這會造成"彗尾不連線事件"。這種現象已經多次被觀測到，最顯著的是當恩克彗星在2007年4月20日通過CME的物質時，彗尾數度完全的被切斷。此一事件是日地關係天文台觀測到的。

在1996年，發現彗星會輻射X射線。這令研究人員很驚訝，因為X射線輻射通常只出現在高溫物體。這些X射線被認為是由彗星和太陽風的互動作用生成的：當高電荷的離子飛行通過彗星的大氣層時，它與彗星的原子和分子碰撞，"搶奪"了彗星的一個或多個電子。這種掠奪導致X射線和遠紫外線光子的輻射。

相關實例

“反向”塵埃尾？

除了綠色離子尾，天文學家也長時間觀測到鹿林彗星的“反向”塵埃尾。塵埃尾是反射太陽光而呈黃色的彗尾，其形成原因與太陽輻射光壓有關。輻射光壓就像是光線照在塵埃上所造成的壓力，由於塵埃的顆粒有大小之分，顆粒越小越容易被推向遠方，最後造成塵埃呈扇形發散出去。根據克卜勒行星運動定律，根據克卜勒行星運動定律，離太陽近的行星運動速度比遠處行星快。換句話說，散在離太陽較遠處的塵埃(和彗星一樣繞著太陽運動)運動速度較慢，反之則快，以致塵埃尾扇形區域末端會因運動速度的快慢而彎曲。

與離子尾一樣，塵埃尾的尾巴也是往背離太陽的方向延長，這是因為輻射光壓的施力方向也是背離太陽；但此次鹿林彗星的塵埃尾卻有很長一段時間指向太陽，出現“反向”彗尾。陳文屏解釋，鹿林彗星的彗尾並非真的變成“反向”，而是因為鹿林彗星與地球運行軌道幾乎在同一平面，從地球角度觀測產生錯覺造成。

這次鹿林彗星除了帶來與往常不同的驚喜，在科學研究上也很有價值，例如觀察離子尾的變化有助於了解太陽風的特性；而藉由彗尾研究彗星的結構、化學成份等，則可以探知太陽系的過去，尤其是鹿林彗星的故鄉離太陽相當遙遠，受太陽輻射影響少，故能保留更多太陽系形成之初的樣貌，甚至可以反應歐特雲天體的特性，因此它的造訪可說意義非凡。

註：彗星的所在主要分布在兩個區域，短周期彗星(約 200 年以下)是在海王星軌道之外的“古柏帶” (Kuiper belt)；而長周期、軌道呈雙曲線或拋物線的彗星，則分布在太陽系外圍，距離太陽可達 10 萬天文單位的歐特雲區，鹿林彗星就是其中一個。

難以預測的彗星

鹿林彗星在最接近地球，原本預估觀測亮度可能達四、五等(星等數字越小表示越亮，人類肉眼可見極限約六等)，而且月相幾乎逢朔，沒有月光干擾，沒想到鹿林彗星移至近地點的前後幾天，台灣地區的天候不佳，致使觀測結果大受影響。“中央大學”天文研究所教授陳文屏表示，彗星的亮度並不容易預估，除了與彗星大小、離太陽及地球遠近等條件有關，最難掌握的是當時的噴髮狀態。以短周期彗星為例，雖然可以粗略估算彗星每次接近太陽時，會損失 0.1～1% 的物質，然而不能就此斷定彗星下次接近到太陽附近時，亮度就會變暗，因為有可能下次噴發活躍程度較強，或離地球較近，而使得亮度不減反增。

除了一般人關心的亮度，彗星軌道也不容易計算。相較於行星、衛星等天體，彗星的質量小得多，其運動方式容易受其它天體干擾，特別是當它靠近太陽時，噴發物質後帶來的反作用力，使得科學家很難掌握它下一步的行進方向。陳文屏表示，之所以無法確定鹿林彗星的運行軌道是拋物線、雙曲線或是極狹長橢圓，是因為科學家只觀察到極小段的軌道，且其運行軌跡一直有些微改變。從 2007 年 7 月累積至 2009 年 2 月的軌跡點，推算其軌道顯示它可能是周期長約 2800 多萬年的極狹長橢圓，但累積至 6 月的數據卻顯示為雙曲線。究竟哪個推論才正確，尚需很長時間追蹤分析。

卡塔利納彗星的彗尾

卡塔利納彗星（C/2013US10）正掃過地球黎明前的天空，在明亮的大角星，即牧夫座α的附近，對雙筒望遠鏡來說真是一場新年的盛宴。2015年12月21日的這幅望遠鏡合成影像展現了這顆彗星的彗尾穿越寬達10個滿月的視場。背景中的些許遙遠星系和昏暗恆星位於室女座。卡塔利納的塵埃彗尾在上圖中向左下方呈扇形展開，離子彗尾則斜著朝向右上方，在太陽風的吹拂下遠離太陽的方向。1月17日，這個來自奧爾特雲的外離的訪客將到達近地點，僅1億1千萬公里遠，位於北鬥鬥柄的亮星附近。

愛喜彗星的彗尾

愛喜彗星（Lovejoy）的泛綠色彗頭和藍色的離子彗尾在1月13日延伸穿過了金牛座的這片星場。左上方的內插圖顯示1/2度（滿月的角大小）作為比例尺。因此愛喜彗星的彗頭看上去僅比天空中的滿月小一點（但暗得多），它的彗尾在影像中超過4度寬。這顆彗星此時的估計距離在7500萬公里之外，相應推算其彗尾長度超過500萬公里。在太陽風的吹動下，稀薄的離子彗尾直接背向太陽，當彗星向近日點（1月30日到達）前進時不斷長大。二價碳（C2）氣體在陽光下發出螢光，產生了彗頭的綠色，更暗的泛藍色彗尾呈現電離態一氧化碳輻射的顏色。