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第二十二講 彗星

第二十二講 彗星

人們通常會將一顆彗星分為三個部分。它們分別是彗核、彗發、彗尾。彗核是彗星的中心部分,它比其他的兩個部分都要亮,似乎是由於它那裡聚集了更多物質。彗核被一群體積非常龐大的霧狀物包裹著,這像一種發光的霧,我們將它稱為彗發。由於這一特點,我們有時將彗星稱為發星。大部分的彗星都帶有一個或長或短的發亮的軌跡,它的形狀是可以變化的,我們將它稱為彗尾。但是,有一種新的彗星既沒有彗尾又沒有彗發,我們還是將它稱為彗星。在彗星所有的特徵中,最首要的特徵就是它有一根長長的軌道,這個軌道既可以離太陽很近,也可以離太陽很遠,其中遠的,可能我們用最好的望遠鏡也看不到。彗星與行星一樣,也是順著橢圓形的軌道,繞著作為光源的太陽轉動。不過,彗星的軌跡是如此之長,甚至有時候我們都可以說它掃到了太陽的表面,這些軌跡甚至都可以延伸到太陽系的最外層區域,即海王星之外的地方。而且有很多彗星,似乎在天空中飄忽不定,沿著它們的軌道從一個太陽飛到另一個太陽。它們的軌道是開放的,如果碰巧它到了我們的周圍,那麼在太陽引力的作用下,它會暫時地向著太陽靠近。在穿過了太陽系中所有的行星軌道之後,它又會離開,一往無前地往運行,然後,毫無疑問,它們又去拜訪遠處的新太陽,直到有一顆太陽用自己的引力使這顆彗星臣服於自己,這樣,這顆彗星的軌道才會固定下來。
恩克(Encke)彗星的顯著特徵是它的公轉周期特別短,只有三年零六個月左右。因此,人們也將它稱為短周期彗星,但是它的軌道也有水星到木星的距離那麼長。彗星常常使人們產生想象的恐懼,但是這顆彗星現在可以彌補一些過錯。它對天文學作出了一個貢獻。根據它在水星附近所受到的攝動,我們可以計算出水星的質量,由於水星沒有衛星,所以我們不能運用測量行星質量的基本方法來測量它的質量。這顆彗星被無知的人們看做是災難,但現在知識卻可以利用它來拓展我們對天空的認識。彗星不再是地球災難的徵兆,而是能幫助我們來測量行星質量的工具。
↓9.比拉彗星、10月29日的夜晚、比拉彗星一分為三、恩克彗星與水星的質量、彗星的數量。
↓9.根據哈雷彗星的周期,我們每隔76年往前追溯,來比較一下彗星的軌跡。我們發現,哈雷彗星就是那一顆在1456年出現的、並使整個歐洲都恐懼得發抖的彗星。它的尾巴像一把彎刀,被人們看做是土耳其戰勝基督教的徵兆。再近一點,在1832年,天空中出現了一顆叫做比耶拉(Biéla)的彗星,這顆彗星是根據首次觀察到它的天文學家即比耶拉(Biéla)的名字來命名的。它同樣也引發了不理智的恐懼。根據計算,在10月29日的晚上,這顆彗星應該會穿過地球的軌道,在那些不熟悉天文學運行法則的人們中間,產生出了巨大的恐慌。如果地球恰好經過這顆彗星所穿過地球軌道上的那個點,那麼情形會變成什麼樣子呢?我們會被撞得粉身碎骨嗎?我們會淹沒在彗星的雲狀物之中嗎?但是這個可怕的夜晚非常平靜地過去了。當彗星走到地球的軌道上時,地球離這個交錯點至少有8000萬千米。我們再重複一次:天空是廣闊無邊的,行星與衛星都在其中悠閑地轉動著,不存在什麼相撞的危險。
我們想象,一些隨意地散落在廣闊大氣層中的灰塵顆粒,忽然有一陣風吹來,將它們吹向四面八方。我們認為這些微粒早晚會相撞,那麼這種看法是合理的嗎?不合理。因為大氣層非常廣闊,這種事情的發生只有一種可能性,但是這種可能性是微乎其微的。與其所在的廣闊宇宙空間相比較,地球和彗星如果不是微小的灰塵顆粒,那麼它們還能是什麼呢?倘若我們憂心忡忡地擔心它們會相撞,那是多https://read.99csw.com麼的瘋狂和愚蠢啊!
在這顆彗星後來的多次重現中,1846年的那一次出現,為天文學家提供了天空史上比較獨特的一個案例。我們所期待的這顆彗星並沒有出現,而是出現了兩顆更小的彗星,它們並排在天空中游弋,但卻從不相互接觸。在運行的過程中,原先的一顆彗星變成了兩顆。那麼,在這顆彗星身上,曾經發生過什麼事情呢?它是不是碰上了某顆小行星,猛烈的撞擊使得它變成了兩顆彗星?事實上,它的確剛剛穿過了火星與木星之間的小行星區域,或者說是它由於某種相反的引力作用,那巨大的雲狀物被分成了兩個部分。這些只不過是簡單的猜測,事實就是這顆彗星現在一直保持著分裂成兩顆的狀態。
↓1.彗星、彗星的軌道與方向。
下面是彗星與行星相區別的第二個力學特徵。一個位於太陽北極上的觀察者,他所看到的行星都是向著同一個方向,即從右到左旋轉的,並且它們的軌道幾乎處於同一個平面上,這個平面與太陽軌道的理想的延長面是同一個平面。在這個公共平面的延長面所對應的狹窄的天空區域之外,我們從來沒有見到有行星出現。在天極的附近區域,比如在小熊座的星星中,以及在長蛇座的星星中,去尋找行星,這是白費力氣,因為行星所在的區域位於這兩個處於端點的星座中間,彗星卻與行星相反,它們的軌道是儘可能傾斜的。它們可以出現在天空中的任意一個區域,無論是兩極區域還是行星所在的區域,而且,它們有時與行星運動的方向一致,有時又與行星的運動方向相反。
↓4.我們說過,一顆彗星的彗頭包括如下部分:中間比較明亮的部分,即彗核;外層的雲狀包裹物,即彗發。如果單純從核這個詞來看,我們就會認為彗星是一個可以與行星相比的堅固天體,並且還會認為在彗星上環蓋著一層類似於大氣層那麼厚的雲狀物。如果這樣認為的話,那就完全錯了。我們用高倍率的天文望遠鏡來觀測,那麼就會看到,彗星所謂的核並不是固體狀的,而是呈發亮霧狀物的形態,它比彗星的邊緣部分要厚密一些。另外還有更加確定的資料來向我們證實,構成彗星的物質是非常微小的。透過彗星的厚厚包裹層,透過彗星的彗核,我們甚至都能看到天空中光線最暗淡的星星,就像在中間沒有什麼東西能夠遮擋住我們的視線一樣。在這樣的結果面前,我們應該立即放棄那些認為構成彗星的物質是固體的或是液體的想法。最輕薄的霧、最輕淡的煙,它們與構成彗星的物質相比,都太過厚重了,因為這些物質,當它們有幾百米的厚度時,它們就能形成一道星星的微光所透不過去的屏障。但是彗星的物質,它的厚度會有幾千或是幾萬千米,它卻仍然能夠讓我們看到星星的光線,而不會削弱光線的亮度。那麼,我們至少可以認為,這是一種與地球大氣層的氣體相類似的透明氣態物嗎?不是。所有的氣體,尤其是空氣,都會改變穿過它的光線的方向,也就是說,都會使光線發生折射。但是當來自星星的光線穿過彗星,甚至在穿過彗星的彗核時,都不會發生折射,光線的方向並沒有被改變,它會繼續沿著直線傳播,就彷彿在它的傳播方向上沒有遇到任何東西一樣。那麼,彗星的這種奇特的物質到底是一種屬於什麼類型的物質呢?它既不是固體,也不是液體,也不是氣體,我們對此一無所知。我們唯一可以確定的就是,這種物質非常的稀薄,地球上沒有任何物體像它那樣稀薄。
↓3.1843年的彗星、它的尾巴的大小、彗星頭的大小。
↓7.而且,我們還對此作了稍許誇張,假設一顆彗星的質量與地球的質量相同。我們知道,恰恰相反,彗星的質量是非常小的,它不能使得行星與衛星的運行發生最輕微的改變,九_九_藏_書我們還知道,彗星的物質是非常稀薄的,薄得連地球上最輕的霧、最薄的氣都不能與之相比。如果碰撞發生了(當然這是不可能的),那麼,由於彗星的質量非常小,也不會造成撞擊的後果。也許我們都沒有感覺到,就已經穿過了彗星。這個巨大的雲狀物沒有給地球施加多少阻力,它不比蜘蛛網被投石器所投出的一塊石頭撞上而造成的阻力來得大。
↓3.彗星的尾巴的形狀大不一樣。它有時像一條直直的披巾,有時像一束綻放著的光線,而有時則彎曲得像一把可怕的彎形大刀,或者是展開成一個扇形的形狀。它的尺寸有時大得驚人。1843年所看到的那顆最大的彗星,其尾巴長達2.4億千米,寬達528萬千米。假設它的頭部區域靠近太陽,那麼它就能越過地球掃到火星。當它轉向我們時,它的尾巴能夠將月球的軌道都包住,甚至要比月球的軌道大六倍。1843年所看到的那顆彗星,它的體積的確是異乎尋常之大。不過,彗尾長達4000萬、8000萬、1.2億千米的彗星卻也並不少見。
↓6.長時間以來,由於彗星總是會出乎意料地出現,並且它們的形狀總是非常奇怪,因此總會讓人們驚駭萬分。人們將它們看做是瘟疫、飢荒、戰爭來臨之前的徵兆。常識是這樣一種能力,即堅持按照事物本來的樣子來看待事物的能力,它通過科學的幫助,揭示了彗星出現時人們的驚懼只不過是由於迷信而造成的不理智的恐懼。天體那偉大的運行機理與人類的災難並沒有任何關係,太陽不會因為一個國王的死亡而不發光,同樣的,也不會因為一顆彗星在天空中拖著它那長長的尾巴就宣告戰爭的到來,這些都是由於我們人類的愚蠢所造成的。在今天,我們已經對這一點達成共識。但另一個恐懼的原因又出現了,而這個原因似乎乍看起來還算有其根據。人們會認為,彗星可以在任意想象的方向上運動,那麼有可能某一天,它們中的有一顆也許就會撞上地球,在這種情形之下,兩個運動速度都奇快無比的星球相撞起來,這對我們來說難道不是致命的嗎?我們不得不認識到這樣一點:倘若一顆與地球質量差不多的彗星,它在運行的時候與地球相撞,那麼二者撞擊所產生的震動,就會使得陸地與海洋發生翻天覆地的變化,地球上的一切都會消失並滅亡。非常幸運的是,要發生這樣的大災難,需要有兩個條件,而這兩個條件似乎永遠都不能得到滿足:一個條件是質量,另一個條件是相撞。首先我們來考察一下兩個星球相撞的可能性。
↓1.由於行星與它們的衛星的軌道幾乎是圓形的,這使得在我們所見的範圍內總是看到它們繞著它們的中心在轉動,因此我們認為,行星與它們的衛星的確是太陽系中最主要的部分。在今天,我們看到它們在這個位置,在明天,我們會看到它們在另外的位置出現。在任何時候,我們都能夠在星空中發現它們。但是不時地還會有另外一些星體加入這個一直在我們天空中出現的星體群之中。這些星體非常奇特,它們非常龐大,我們不知道它們從哪裡來,它們出現后很快地又滑入到無限的深空之中。這些星體就是彗星。
在我們太陽系裡轉動著的彗星,它們的數量是非常大的。天文學已經記錄下的彗星數目有800個之多,這些還不包括人們雖在不同的年代中看到過、但卻沒有做出精確預測的彗星,每年都會有新的彗星出現,僅僅在海王星的軌道中出現過的彗星,其數量就超過了上百萬。
↓4.彗星的構成物質、彗星不會擋住星星的光線、彗星不會使光線發生折射。
↓2.彗星的出現、彗星的形成。
↓8.軌道不閉合的彗星與周期彗星、哈雷彗星、克雷霍的計算、理論與事實的完美一致。

圖79 比拉彗星(1846年2月拍攝)
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在此之後,由於考慮到克雷霍時代未知的天王星的攝動作用與地球的攝動作用,天文學家的預測也變得更為精確了。接下來1835年這顆彗星再次出現的時間與我們所預測的76年的周期只差了三天。事實與計算預測之間的這種完美的一致性,是對天文學理論的最完美的證實。有一顆我們還不知道的彗星出現在我們的天空中,它只亮了幾天,然後它就進入太空的深處,好多年都看不到它。但不管怎樣,科學一步一步地觀察著它,在科學的思想中,它能看到這顆彗星日復一日地在它的軌道上運行,於是就能預測出這顆彗星再次出現的日期與位置。
↓8.所有的彗星,一開始它們受到了某種推動力的作用,是一直沿著直線運行的,但是它們一旦受到了太陽引力的作用,就會沿著彎曲的軌道運行。它們像行星那樣,繞著太陽轉動。但有時,它們的軌道是無限地延伸出去的,它的兩端不會閉合;而有時,它的軌道會成為一個可以回到自身的圓形。那些軌道不會閉合的彗星,似乎暫時地靠近太陽,然後又走遠,不會再回來了。也許在無限遠的距離處,它們在行進的道路上又遇上了其他的太陽,於是又繞著這些太陽轉動。那些軌道可以閉合的彗星,由於它們距離我們遙遠,所以我們看不到它們,但是它們總會周期性地在我們的天空中出現,這個周期的長度取決於它所走的軌道的大小,我們將它們稱為周期彗星。人們估測,某些周期彗星要花上幾個世紀、甚至是幾千年,才能繞它們那非常大的軌道運行一周。它們軌道的一個頂端處於太陽附近,而另一個頂端,則處於太陽系最外圍的邊界處。天文學還沒有足夠的資料可以計算出它們的路程、預測出它們的返回時間。在周期彗星中,有一小部分,由於它們是頻繁出現的,所以比較容易預測。在今天,天文學家可以預測它們的到來,並且可以預測出它們在天空中出現的具體|位置。主要的幾顆彗星有如下幾顆:哈雷彗星,它每隔76年就會回來一次;恩克(Encke)彗星,它每隔三年半就公轉一周;比拉(Biela)彗星,它繞其軌道一周,需要一年零九個月的時間。英國的天文學家哈雷,他與牛頓處於同一時代,而且跟牛頓是好朋友。他是第一個猜測彗星周期的人。在1682年,出現了一顆彗星,哈雷仔細地研究它的運行,然後將他所觀測得到的結果與前人的觀測結果作仔細比較。1682年出現的這顆彗星,就是1607年和1531年出現的同一顆彗星,在這三次出現的情形中,彗星所走過的軌道差不多是相同的。因此,這三顆彗星應該是同一顆彗星,只不過每隔75年至76年就出現一次而已。哈雷洞察了這一富有成效的觀點,他毫不猶豫地預言,這顆彗星會在76年後,即於1758年年末或1759年年初,重新回到地球。這位聲名顯赫的天文學家並沒有活到那時候,因此沒能看到他的理論得到輝煌的證實。但是由於哈雷沒有辦法確定這顆彗星受到行星攝動的影響會有多大,因此他對此還是含糊其辭。一位法國幾何學家克雷霍(Clairaut),在1758年解決了攝動這個難題,並且預測,這顆彗星會在1759年4月經過地球,最多早一個月出現,最晚會晚上一個月出現,彗星這次會比它之前的公轉周期多走618天的時間:受土星的影響,多走100天;受木星的影響,多走518天。事實證實了這一高明的推算,這顆彗星在他所提出的時間範圍內,於1759年3月12日再次出現了。
↓5.我們還有第二種方法來推斷出彗星的質量是非常輕九_九_藏_書的。物體之間的相互吸引,會導致天體的運行產生攝動,引起攝動的星體的質量越大,被攝動的星體的質量越輕,那麼所引發的攝動也就會越是嚴重。下面,我們僅以地球作為例子來加以說明。地球的質量非常巨大,它會將小行星群中的微小行星吸引過來,使它們偏離原先的軌道,衝進地球的大氣層,最後成為流星或隕星,但是並沒有一顆小行星能夠改變地球的運動軌跡。太陽、行星、衛星、彗星,所有天空中的星體,都服從於這條最強有力的法則。因此,通過觀察一顆彗星對它周圍的行星造成的攝動以及行星對彗星所造成的攝動,我們就可能獲得關於彗星質量的信息。在1770年,天空中出現了一顆彗星,它的名字叫做萊克塞爾(Lexell),在這之前人們從來都沒有觀察到它。它逐漸地向著地球靠近,最後到了與地球相距大約是月球與地球距離六倍的地方。很少有彗星與地球如此接近,那麼,地球以及這顆在我們周邊經過的彗星,它們之間產生的引力,相互鬥爭的結果是什麼樣的呢?地球似乎並沒有注意到這位來訪者的存在,它繼續繞軸原樣自轉,同時也繞著太陽原樣公轉,就像這位來訪者並不存在一樣。地球的速度與方向並沒有發生哪怕一點點的改變。而對於這顆彗星來說,情形就不一樣了,由於受到它的鄰居強大的吸引,它的行程延誤了兩天多的時間。最後,這顆彗星離我們地球遠去,徑直向著木星的世界飛去,但是在那個地方,危險應該更大。這顆彗星進入了這顆行星的四個月亮中間,它逐個地穿過它們的軌道,那麼,那些微弱的衛星,在受到這顆彗星的吸引時,會出現什麼樣的情形呢?它們的運動會不會被這顆彗星所攝動呢?難道它們中間就沒有一顆受到這顆彗星的吸引,離開木星,一直向著這顆彗星飛去嗎?面對著這樣的可能性,天文學家一直緊盯著他們的望遠鏡:木星的世界或許將告訴我們,有一天會有什麼東西威脅著我們地球。結果與我們的預料並不一致,實際上在木星的世界中一點點麻煩事都沒發生,彗星就這樣飛過去,但這四顆月亮都沒有改變它們的軌道方向,它們的運動既沒有加速也沒有減速,在彗星離開之前它們是如何轉動的,在彗星到來之後它們還是那樣地轉動。於是人們認為,在天空中的那一個角落,並沒有任何特別的事情發生。可是與此相反,這顆彗星自身,反而被木星和它的衛星吸引到這裏吸引到那裡,離開了它原來的軌道,進入了一個新的軌道,就這樣迷失在無盡的太空中。自此之後,我們就再也沒有看到過這顆彗星。因此,儘管彗星的體積異常龐大,但是它們的質量還不足以使它們對行星的運行產生最輕微的攝動,即使對它們的衛星也是如此。
我們已經說過,這些從彗星體中噴射出來的巨大火條,就像從煙火中噴出來的一束束火花一樣。彗星的物質似乎是受到來自太陽的某種排斥力的推動,於是彗星就從尾巴處爆射開來,散播出看不見的霧狀物,之後,每一團霧狀物都會在無垠的天空中繼續它們的行程。那麼,彗星要具有多大的體積才能經受得起這樣的流失呢?它們的物質具有什麼樣的性質才能在天空中流動呢?1835年出現的哈雷彗星的頭部直徑長達56.8萬千米,而1811年出現的那顆彗星的頭部直徑達180萬千米。后一顆彗星的體積超過了太陽,而第一顆彗星就它自身的體積而言,是所有行星及其衛星加起來體積的40倍左右。1843年所看到的那顆彗星,尾巴非常大,但它本身卻非常小,它的頭部直徑只有15.2萬千米,不過,它的體積還是比木星的體積都要大。因此,彗星的體積通常是很大的。一般來說,它們都要超過最大的行星的體積,有的時候甚至可以與太陽的體積相比。
如果我們假設彗星正好經過地球的附近,那麼這種可能性就會變大了。幾何學或許能告訴我們會有什麼樣的結九*九*藏*書果發生。一顆與地球質量相等的彗星,它經過地球與太陽之間,它到了與我們地球相距只有6萬千米的地方——人們從來沒有見到過有這樣的事情發生,那麼它會使得地球在其軌道上稍稍慢一些,地球上一年的時間就會延長至367天16小時5分鐘。你們已經看到,彗星的來訪並不是一件恐怖的事情,它只是稍微地改動了一下我們的年表,然後就離開我們了。
↓6.迷信所產生的不理智恐懼、對年表的改變。
但是,因為人們心中的恐懼是如此根深蒂固,有人還會這樣說:即使彗星的物質是如此微細輕薄,它不可能對地球造成阻力,但是,它至少可以與大氣混雜在一起,使得人們呼吸困難,難道我們就如此肯定,當一顆彗星的尾巴掃過地球時,它不會將一些致命的物質帶入到大氣中嗎?而且,我們不是已經證實了,所有的彗星都有雲狀的半透明核嗎?即使在大白天,我們也能看到彗星異常的明亮,這使得我們不得不產生懷疑:彗星的核是否更為緊密?它也許是由固體構成的,或是非常熾熱的?受到這樣一個熾熱的火爐撞擊,還能沒有危險嗎?對所有的這些問題,科學都保持沉默。對彗星的研究還沒有到達這麼前沿的程度。但是從一個更為普遍的觀點來看,科學家可以做出如下的回答:因為天空無限的廣闊,地球與彗星相撞,這種可能性非常的小,我們對此加以過多關注,這是非常不合理的。假如你們經常在耳邊聽到這些幻覺式的說法,它們告訴你會有彗星來撞擊地球,那麼孩子們,請放寬你們的心吧!天空是如此廣闊,地球和彗星在這個廣闊的空間里找到了它們各自的軌道,它們是不會相撞的,而且你們害怕什麼呢?大自然的法則在指引著它們。
↓2.當彗星與我們的距離超過一定限度時,我們就根本不知道那裡有彗星過來了。預測、計算對彗星來說都沒有意義。這個外來的星體,它第一次來拜訪天空中這一個區域時,總是出乎我們的意料。某個警覺的天文學家在望遠鏡中看到了一顆彗星。這是一個模糊的白色霧狀物,周邊呈圓形,中間比邊緣明亮,此外便什麼都看不到了。但是當這霧狀物靠近太陽時,它的形狀會發生改變,它原先是圓形的,現在變成橢圓形了。然後,這個霧狀物繼續延伸出去,將它一部分的霧狀物散播出去,其散播的方向與照射它的太陽光線的方向相反。最後,彗星在它後邊劃了一條長長的尾巴。當彗星走到了近日點,這時的彗星最亮,它那發亮的長長軌跡變得最大。然後,彗星又繼續它軌道的第二段行程。現在,它走得越來越遠了。這時,它的尾巴仍然朝向與太陽相反的方向,但它不再位於彗星的後面,而是位於它的前面,同時,它的亮度也一點點地消失,最後就完全變黑了。它的頭,也就是那個彗核,最後也由於距離太過遙遠而消失不見。因此,一方面,彗尾並不是一成不變的,有時,彗星的彗核與彗發的雲狀物質會爆發似地噴射出來,由此形成彗星的彗尾;另一方面,彗尾在其軌道的第二段中,它只出現在太陽的附近,因此彗尾也許是由太陽所發出來的熱量或是其他的力量所產生的。因為彗尾幾乎總是朝向與太陽光線相反的方向:當彗星靠近太陽時,它處於彗星的後面;而當彗星遠離太陽時,它處於彗星的前面。彗星很少在它的核的兩端同時發生噴射,當它兩端同時發生噴射的時候,在它的一端會有一根或幾根羽毛狀的東西,我們把它稱為彗星的鬍子;而另一端就是我們所說的彗尾,但在這種情況下,這個發亮的軌跡的方向仍然取決於太陽的位置,彗星鬍子上的羽毛是朝向太陽的,而彗尾則背向太陽。
↓7.蜘蛛網與被投石器投出來的石塊、一些擔憂。
↓5.彗星在行星附近受到的攝動、穿過木星世界的萊克塞爾彗星、彗星的微小質量。