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出品：科普中國

作者：楊溢（中國科學院地球化學研究所）

監製：中國科普博覽

2022 年 3 月 2 日，天文學家 Frank Masci 和 Bryce Bolin 在位於(yu) 美國南加州的帕洛馬天文台（Palomar Observatory）使用茲(zi) 維基瞬變設施（ZTF），發現了一個(ge) 他們(men) 最初認為(wei) 是小行星的天體(ti) 。隨後的觀察表明，這是一顆彗核直徑1-1.6千米的彗星。當時這顆彗星距離太陽約6.43 億(yi) 千米，位於(yu) 木星的軌道附近。

那時發現的這顆彗星，我們(men) 起名為(wei) C/2022 E3。它是目前2023年預報亮度最亮的彗星，2月1-2日是北半球最適合觀測的時間段；南半球則要等到2月3日以後才逐漸可見，而受滿月影響，2月9-15日期間才適合南半球觀察。實際上，這顆彗星，早在五萬(wan) 年前就曾經路過地球方便觀測的軌道。這次邂逅，倒像是一次浪漫的重逢。

這顆彗星好定位，就是不夠亮

我們(men) 提到過，到目前為(wei) 止，這是2023年預報亮度最亮的彗星。早在2022年11月3日，觀測到C/2022 E3的亮度為(wei) 10.2等，比當時預報亮度高了近1等。

2023年1月12日，彗星經過近日點，近日距1.11天文單位（天文單位簡稱AU， 是根據地球到太陽平均距離規定，為(wei) 149597870700米）；2月2日過近地點，近地距隻有0.28天文單位（約4189萬(wan) 千米）。彗星經過近日點後由於(yu) 距離地球較近，亮度迅速上升。

隨著這顆彗星離地球越來越近，越來越亮，我們(men) 將更容易觀測到它。1月初的預報亮度為(wei) 8等，到月底增亮到接近5等，是觀測拍攝的有利時機。

1月裏，這顆彗星從(cong) 北冕座經過牧夫座、天龍座、小熊座運行到鹿豹座，運行速度很快，到1月底，由於(yu) 彗星已經移動到北天極附近，北京時間1月28日-2月4日間彗星亮度會(hui) 在5等左右，其中1月30日距離北天極隻有10度，彗星位於(yu) 北極星正上方，容易尋找；北京時間2月2日彗星運行至近地點，2月1-2日是北半球最適合觀測的時間段；南半球則要等到2月3日以後才逐漸可見，而受滿月影響，2月9-15日期間才適合南半球觀察，其中2月11日，當時視星等6.5的彗星會(hui) 經過視星等為(wei) 0等的火星附近。

圖1 北京時間 1月28日-2月4日間彗星行跡，根據Stellarium軟件測算。

（圖片來源：作者自製）

從(cong) 前麵的描述來看，好像彗星越亮，就更易觀測。那麽(me) 既然這顆彗星是2023年預報最亮的彗星，想必觀測起來一定很容易吧？

實則不然。上麵提到了彗星及其周邊天體(ti) 的視星等，而視星等是觀察所見天體(ti) 亮度的標尺，其數值每增加5，亮度減弱為(wei) 原數值對應亮度的百分之一，規定在地球上觀察到的織女星亮度為(wei) 0等。

也就是說，視星等數值越大，觀察到的天體(ti) 越顯黯淡。星等的概念最早由古希臘天文學家依巴穀提出，當時人眼可觀察最暗的天體(ti) 約為(wei) 6等，如果用普通的雙筒望遠鏡觀察，則可以觀察到9-10等星。

圖2 北京時間 1月30日，手機實拍彗星，曝光約30秒才勉強可見。

（圖片來源：作者自製）

實踐發現，即使擁有了望遠鏡、長曝光相機等輔助工具，也必須在晴朗夜空，光汙染較弱，沒有霧霾的區域才容易觀測到這顆彗星。對於(yu) 黯淡的天體(ti) ，要獲得優(you) 良的拍攝效果，除了望遠鏡、長曝光相機等輔助工具，還需要配備赤道儀(yi) 來追蹤目標，克服地球自轉影響。

圖3 1965年回歸的池穀-關(guan) 彗星（-10等）白天也清晰可見。

（圖片來源：日本國家天文台）

相比於(yu) 上世紀的一些明亮彗星，如1997年回歸的海爾-波普彗星（-1.8等），1996年回歸的百武彗星（-0.3等），1965年回歸的池穀-關(guan) 彗星（-10等，白天也清晰可見），1910年4月20日回歸的哈雷彗星（-3.3等，白天也清晰可見），C/2022 E3這顆2023年1月下旬至2月上旬達到最亮，最亮時才約5等的C/2022 E3彗星就遜色多了。

災禍預兆？大氣燃燒？古代對彗星的誤解

我國有著悠久的觀測彗星的曆史，同時也擁有世界上最早關(guan) 於(yu) 彗星周期回歸的觀察記錄。

中國古代稱彗星為(wei) “孛星”“掃星”等。《春秋》（公元前613年）《晉書(shu) ·天文誌》記載 “所謂掃星。本類星，末類彗，小者數寸，長或竟天。見則兵起，大水。主掃除，除舊布新。有五色，各依五行本精所主。史臣案，彗體(ti) 無光，傅日而為(wei) 光，故夕見則東(dong) 指，晨見則西指。在日南北皆隨日光而指，頓挫其芒，或長或短。”準確地描述了彗星的形態。

但是，古代人常認為(wei) 彗星出現會(hui) 招致厄運，直至1910年哈雷彗星回歸時仍有“彗星東(dong) 南現，大清兩(liang) 年半”的傳(chuan) 言。當時正值清末，依然有很多人認為(wei) 彗星招致災厄。這是一種迷信思想，是完全沒有根據的認識。古代的歐洲受亞(ya) 裏士多德等學者觀點的影響，樸素地認為(wei) 彗星是高空大氣燃燒產(chan) 生的，也是囿於(yu) 觀測手段粗糙的局限認識。

彗星的成分與(yu) 結構

彗星包括彗核，彗發，彗尾三個(ge) 主要部分。

（圖片來源：Veer圖庫）

1.彗核雖小，濃縮了彗星的物質精華。

彗核體(ti) 積一般與(yu) 太陽係內(nei) 的行星、矮行星比較起來，一般偏小，直徑一般為(wei) 百米至十千米數量級。已知最大的彗核直徑不超過160千米。彗核一般占彗星整體(ti) 質量99%以上。

彗核可能是“隕冰”的來源之一。Whipple（1950）提出的彗核的髒雪球模型，形象生動地反映了彗星的主要成分是多孔狀的固態水冰，二氧化碳，一氧化碳，氨，甲烷、氰化氫混合物，以及包含少量微米級到毫米級，灰塵狀的固體(ti) 矽酸鹽、硫化物礦物。可見，彗核來源的隕冰很可能是有劇毒的，不能當作一些古代迷信說法認為(wei) 的“靈丹妙藥”。

彗核的顏色並不是單一的，而是多種多樣。有些彗星因為(wei) 表麵水冰富集，呈現灰白色；有些彗星因為(wei) 表麵富集碳質、碳氫化物，所以呈現黑色；一些長周期或非周期彗星可能還包含土狀固態的甲烷、乙烷或者甲烷水合物，在陽光的照射下呈現紅色。

這種呈現紅色的土狀物質還有自己的名字，它們(men) 被稱作索林土（tholin）。柯伊伯（Kuiper，1951）認為(wei) ，構成索林土的這些成分隻有在外太陽係的寒冷條件下，才能聚集形成。除了彗星，在一些冰衛星、半人馬小行星、距太陽遠於(yu) 30天文單位的矮行星等天體(ti) 上也可以見到，例如在冥王星、海衛一、土衛六上就有紅色的索林土構成的地貌。

後來在海王星軌道以外的區域陸續發現了數千個(ge) 主要成分包括水冰、固態甲烷、氨冰、氮冰、固態氰化物的天體(ti) ，這個(ge) 富集冰質天體(ti) 的區域就稱為(wei) 柯伊伯帶（Kuiper Belt）。科學家們(men) 也通過分析成分的相似性和軌道的幾何關(guan) 係，印證了多數彗星的老家是柯伊伯帶和奧爾特雲(yun) 。

2.彗發，為(wei) 彗星添點色彩。

天文愛好者們(men) 拍攝的諸多照片中，C/2022 E3這顆彗星呈現鮮明的綠色。然而它的彗核本身並不是綠色的，也不會(hui) 憑空發出足夠強的綠光。

那綠光從(cong) 何而來呢？這顆“綠色彗星”彗核前端外圍的綠色光暈，就是彗發。類似地，2017年4月1日，彗星41P飛掠近地點，最近時隻有0.142 AU，這次彗星回歸同樣可以觀察到綠色彗發。

彗發的綠色光來源於(yu) 紫外光照射之下，C2分子被電離後在可見光波段的發射光譜。成因是太陽的光照、熱輻射、太陽風的作用導致部分固體(ti) 彗核上的混合物質經曆升華或蒸發，再化學分解產(chan) 生C2分子，C2分子進一步被電離，在紫外光的照射下被激發出藍綠色熒光，從(cong) 而在彗核的運動方向前端周圍形成球殼狀的綠色彗發。不過這種過程主要局限於(yu) 彗核運動方向前端周圍，在到達彗尾之前就消失了。

此外還需要補充一點，在彗核距太陽約一個(ge) 天文單位的位置，彗發的直徑大約為(wei) 10萬(wan) 千米的數量級，此時形成彗發的氣體(ti) 在彗核表麵快速噴發，相對彗核運動速率平均約為(wei) 0.5千米每秒。如果彗核遠離太陽，則彗發的直徑傾(qing) 向於(yu) 減小，反之則增大。

3.彗尾，尺寸很大濃度很低。

彗尾是太陽光、熱、太陽風粒子作用於(yu) 彗核、彗發時，常見於(yu) 彗核運動方向後端的稀薄氣體(ti) 、塵埃、等離子體(ti) 羽流，一般隻有在近日點附近時才出現。與(yu) 彗發類似的是，彗尾的尺寸與(yu) 彗核-太陽距離也有近大遠小的趨勢。

彗尾雖然物質稀薄，但其寬數千至上萬(wan) 千米，長可達數億(yi) 千米，包括等離子體(ti) 彗尾和塵埃彗尾。其中等離子體(ti) 彗尾呈平行於(yu) 背向太陽光的方向的射線分布，一般呈現藍色調；塵埃彗尾多呈現黃色、橙紅色，一般背向彗核運動方向，由直徑約幾微米到幾毫米的塵埃組成，其礦物成分近似於(yu) 太陽係未經變質、分異的原始物質——球粒隕石。

圖6 海爾-波普彗星的彗尾示意圖

（圖片來源：https://www.wikiwand.com/en/Comet飽和度、對比度有調整）

部分彗星（例如前述“海爾-波普彗星”）具有含中性鈉原子的“鈉彗尾”，一般肉眼不可見，隻能用光譜儀(yi) 器或探測器識別。其形成機製至今有爭(zheng) 議，有些學者認為(wei) 是光化學分解，有些學者認為(wei) 是彗星塵埃互相摩擦撞擊的瞬時高溫導致鈉鹽的蒸發。

彗尾曾引起的“末日論”騷動

1910年哈雷彗星即將回歸時，法國科學家弗拉馬裏昂與(yu) 美國葉凱士天文台的科研人員等人在先針對其彗尾的光譜學觀測，認為(wei) 彗尾包含氰氣、氰化氫、一氧化碳等劇毒氣體(ti) 。

這一結論在當時引起了騷動，有相當多的人認為(wei) 此次彗星回歸將給地球大氣層帶來大量劇毒氣體(ti) 。一時間防毒麵具、解毒藥丸成為(wei) 了搶手貨，甚至有一些迷信團體(ti) 趁機推出“彗星末日論”，或者推銷“解毒巫術”、“解毒護身符”，借此機會(hui) 大發其財。

然而等到哈雷彗星如約而至，先前預言的“劇毒之災”並沒有出現——這是因為(wei) 彗尾物質極稀薄，這與(yu) 上述可占彗星整體(ti) 質量99%以上的彗核不同，彗核的氰化物“濃縮就是精華”。而光譜學觀測靈敏度較高，即使彗尾含有達不到廣泛毒害地球生物的濃度的劇毒氣體(ti) ，也可以被觀測到。

實際上，雖然有的彗星含有比例可觀的劇毒物質，它們(men) 的彗核直徑一般有幾千米，構成整個(ge) 彗尾氣體(ti) 、塵埃物質的量之和約為(wei) 千萬(wan) 摩爾數量級，其中有毒的揮發分摩爾百分比最高約15%（主要包括氰化氫、氰氣、一氧化碳），但是因為(wei) 太空的高真空度，其中氣體(ti) 會(hui) 快速逸散，導致整個(ge) 彗尾有毒氣體(ti) 濃度平均值最高僅(jin) 有約2×10-11mol/m3。

而氰化氫對人有毒的最低濃度約是10-7mol/m3數量級，這是彗尾有毒氣體(ti) 濃度的近五千倍——也就是說，彗尾有毒氣體(ti) 濃度僅(jin) 為(wei) 對人有害濃度的五千分之一甚至更低。所以，在地球上觀看彗星時，隻要彗星與(yu) 地球不相撞，就不必擔心中毒（不過真要是彗星撞上地球，擔心的可能就不是中毒的問題了）。

結語

隨著人類科學水平的進步，關(guan) 於(yu) 彗星的許多謠言已經識破，我們(men) 也漸漸揭開自然真相的麵紗。再次見到這顆五萬(wan) 年前與(yu) 地球已經打過照麵的彗星，現在的我們(men) 就有條件能夠用現代科學的方法來認識浪漫的星空。

編輯：郭雅欣

參考文獻：

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