彗星命名和轨道特性-天文学教程 上册

我国有彗星最早和最多的历史记载。《春秋》载有鲁文公十四年（公元前613年）“秋七月，有星孛入于北斗”，这是哈雷彗星最早得出的确切记载。《淮南子·兵略训》有“武王伐纣……彗星出”，据张钰哲先生推算，这是公元前1057—1055年出现的哈雷彗星。古人不了解彗星出现的规律，甚至亚里士多德“彗星是地球高层大气现象”的错误看法延续两千年。直到1577年，第谷的观测才证明彗星是在地球之外的天体。1705年，哈雷发现1682年、1607年、1531年出现的彗星有相似的轨道，断言是同一个彗星的三次回归，并推算和预言它将在1758—1759年回归。这个预言果然应验了，为纪念他而命名为哈雷彗星（1P／Halley）。

1）彗星的发现和命名

以前用肉眼，平均几年才看到一颗彗星。望远镜发明后，可以观测较暗彗星，现在平均每年约看到30颗彗星。早先，大多亮彗星以出现年代加修饰词表述，如，“1680年大彗星（Great Comet of 1680）”“1882年9月大彗星（Great September Comet of 1882）”“1910年白昼大彗星（Great Daylight Comet of 1910）”。哈雷彗星和恩克彗星（2P／Encke）是以计算其轨道并预报回归的天文学家命名的。20世纪以来，以发现者（至多三人）命名彗星成为惯例，其后加上发现的年份及表示该年所发现彗星的先后次序的字母a，b，……等作为临时名字，当轨道定出后，则按过近日点时刻次序以罗马数字Ⅰ，Ⅱ等给予正式名字。例如，Comet Kohoutek 1973f是捷克天文学家L.科霍特克（Lubos Kohoutek）发现的1973年第6颗新彗星，过近日点时间排在该年第12而正式命名为1973Ⅻ。有的彗星在发现时被看做小行星而给予了小行星的命名，后来观测到彗星特征而再给予彗星命名。自1995年1月1日起彗星命名使用新体系，每颗新发现的彗星仅一种命名：除了以发现者命名外，同时用符号C／加上发现的年、半个月符号（依次大写拉丁字母，但不用I）及数字（表示在那半个月内发现的第几颗）。新发现的彗星由IAU命名。如，百武裕司（Yuji Hyakutake）1995年12月25日发现的彗星被命名为C／1995 Y1（Hyakutake），1996年1月30日发现的C／1996 B2（Hyakutake）——它成为明亮“百武彗星”。彗星轨道性质用前缀表示：P／表示“短”周期彗星；C／表示其他彗星；A／表示以彗星命名但似乎是小行星的；X／表示未算出可靠轨道的；D／主要用于绝灭的（已知不再存在的，或不能很好预报下次回归的）。如果观测到彗星回归或确定周期的，则给予永久编号，如1P／Halley，……，310P／Hill。到2017年10月，编号彗星达361颗。

2）彗星的轨道分类

彗星常按轨道周期分为以下几类：①轨道周期短于200 a的短周期彗星；②轨道周期大于200 a的长周期彗星；③轨道为抛物线或双曲线的非周期彗星。由于彗星的质量小，受到引力摄动就会发生显著的轨道变化，仔细修正摄动后，非周期彗星大多数“原来”轨道仍是椭圆，应是太阳系成员；也不排除个别彗星逃离太阳系，或来自太阳系之外的可能。

彗星可按轨道分布特征划分为群和族。有很多短周期彗星的远日距接近木星轨道，它们的公转周期不超过13 a，且轨道面倾角都小于12°，称为木星族彗星。它们可能是木星的引力摄动改变原来轨道而“俘获”的（见图7-28）。典型例子是16P／Brooks 2彗星接近木星后，公转周期从29 a变为7 a。还有些彗星分别与土星、天王星、海王星有类似关系，分别称为土星族彗星、天王星族彗星、海王星族彗星。

图7-28　近抛物线彗星被俘获为木星族彗星

除了过近日点时刻不同外，其余五个轨道根数都相近的一些彗星组成彗星群。同一群的各彗星可能是由一颗大彗星分裂出来的，但是，个别彗星也可能是因行星摄动而进入群的。著名的掠日彗星群的近日距小于0.01 AU，它们在过近日点期间从高温的日冕迅速穿过，有的穿出来分裂为几个，也有如“飞蛾扑火”般消散在日冕内的。例如，池谷-关彗星（C／1965 S1，1965Ⅷ）在1965年10月20日过近日点后，两星期内分裂为三部分。德国天文学家Kreutz认为，这些彗星是一颗大彗星在接近太阳时分裂出来的，约以500 a的周期绕太阳公转，又称为Kreutz群。由分析SOHO（太阳与太阳风层探测器的缩写）日冕仪图像而发现的“掠日”彗星一般称为SOHO彗星（见图7-29）。

图7-29　掠日彗星（箭头所指）穿进日冕（由SOHO飞船的日冕仪于1998年6月1日所摄）

3）非引力效应

继哈雷彗星之后，德国天文学家J.F.恩克（Johann Franz Encke）证明1819Ⅰ彗星就是1786年、1795年和1805年出现的同一颗彗星，其公转周期约3.3 a，并预报它在1822年5月24日再次经过近日点，果然应验了，被命名为恩克彗星（2P／Encke）。其公转周期在不断地变短，下次回归的周期比前次短0.1 d。研究得出，哈雷彗星的公转周期在下次回归时变长了约4 d。这种变化是不能用引力作用解释的，故称为非引力效应。1836年，德国天文学家F.贝塞尔（Friedrich Bessel）提出，哈雷彗星轨道运动的变化是彗核抛出物质的反冲力作用、类似于火箭喷出气体的反冲力推动作用——“火箭效应”导致的。其还可以用图7-30解释：在太阳光照射的彗核表面区，冰-尘埃蒸发流对彗核有反冲力，若彗核自转轴垂直于轨道面，当彗核自转与公转同向或反向时，因彗核冰蒸发有时间延迟，蒸发流最大方向随彗核自转一个角度，其反冲力在公转运动的分量使彗星公转加速或减速，从而公转周期变短或变长。(www.xing528.com)

除了彗核长期蒸发造成的长期非引力效应外，彗星的短期爆发（尤其是伴有高速喷流的爆发）也会造成短期非引力效应，表现在彗核的观测位置偏离未考虑此效应时的预报位置。研究表明，哈雷彗星和海尔-波普彗星（Comet Hale-Bopp）都有可观测的短期非引力效应。

4）奥尔特云、柯伊伯带和“人马怪”天体

图7-30　彗星轨道运动的非引力效应

图7-31　彗星轨道半长径倒数（1／a）的数目（N）分布

短周期彗星大多“顺向”绕太阳公转。长周期彗星“顺向”和“逆向”公转的都有。它们来自何处？1950年，荷兰天文学家J.H.奥尔特（Jan H.Oort）的彗星轨道统计研究表明，轨道半长径为3×104～10×104AU的彗星数目多（见图7-31），再考虑轨道倾角随机分布，推断那里有均匀球层式的彗星储库，现称为奥尔特（彗星）云（Oort cloud），估计那里约有彗星1012颗以上，总质量约相当于地球质量，有的彗星受路过的恒星摄动而改变轨道，进入太阳系内区，成为新观测到的彗星。新的统计研究表明，奥尔特云分为内外两部分：内奥尔特云离太阳3×103～2×104AU，有1×1013～1×1014颗彗星；外奥尔特云离太阳2×104～5×104AU，有1×1013～2×1013颗彗星。

有些柯伊伯带天体可能是彗星。多数短周期彗星（特别是轨道倾角小，轨道周期小于30 a的）可能是由此带的彗星经轨道演化过来的（见图7-32）。

图7-32　奥尔特云和柯伊伯带（截面示意）

1977年，美国天文学家C.T.柯瓦尔（Charles T.Kowal）发现不寻常的小行星1977 UB，其轨道半长径为13.7 AU，偏心率为0.3768，倾角为6.923°，最初称为柯瓦尔天体，后命名为（2060）喀戎（Chiron）。但它在1988年突然增亮，几个月后观测到它有朦胧雾气——彗发，1991年观测到它的CN气体发射（谱）线，从而推断它是直径约为200 km的衰老彗星，因而它有小行星和彗星的两种命名（2060）Chiron=95P／Chiron。此后，在外行星区（离太阳20～50 AU）又发现几颗类似Chiron的天体（见图7-33），借用希腊神话称它们为人马怪（Centaur）天体。

图7-33　人马怪天体的轨道（其倾斜程度表示轨道倾角）