哈雷彗星

短周期彗星

哈雷彗星(正式名稱为1P/Halley)是有名的短周期彗星,每隔75-76年就能從地球上被观测到[5],亦是唯一能用肉眼直接從地球看到的短週期彗星,人的一生中可能经历两次其来访。其他能以肉眼观察到的彗星可能會更壯觀和美麗,但可能要數千年才會出現一次,由此可知是長週期彗星。

1P/Halley
哈雷彗星的彩色影像,顯示平直的飛向左邊的天空。
发现
發現者爱德蒙·哈雷英国,辨識出其週期性
軌道參數
曆元 2449400.5
(1994年2月17日)
遠日點35.1 AU
(2023年12月9日)
近日點0.586 AU
上次通過近日點:1986年2月9日
下次通過近日點:2061年7月28日
半長軸17.8 AU
離心率0.967
軌道週期75.3 a[1]
軌道傾角162.3°
物理特徵
大小15×8km,11 km(平均
質量2.2×1014 kg
平均密度0.6(估計的範圍在0.2至1.5g/cm3[2])
~0.002 公里/秒
恆星週期2.2 d(52.8 h,?)[3]
反照率0.04[4]
視星等28.2(2003年)

至少在西元前240年,或在更早的西元前466年,哈雷彗星返回內太陽系就已經由天文學家觀測和記錄到[6]。在華夏巴比倫中世紀的歐洲都有這顆彗星出現的清楚記錄,但是當時的观测者並不知道這是同一顆彗星的再出現。英國天文學家愛德蒙·哈雷最先使用開普勒第三定律估算出他的週期,1758-1759年彗星再次来临的时候,這顆彗星被命名为哈雷彗星,以纪念哈雷的工作。哈雷彗星上一次回歸在1986年,而下一次回歸將大約在2061年[7]

1986年哈雷彗星回歸時,人类第一次用太空船詳細觀察彗星,得到了第一手的彗核結構與彗髮彗尾形成機制的資料。這些觀測支持一些彗星結構的假設,如弗雷德·惠普的「髒雪球」模型比较正確地预测了哈雷彗星是揮發性冰——二氧化碳、和-和宇宙塵埃的混合物。資料使科学家建立了更准确的模型運算端;例如,哈雷彗星的表面大部分是宇宙塵埃,沒有揮發性物質,並且只有一小部分是

軌道計算

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哈雷是第一顆被確認的周期彗星。文藝復興之前,多数哲學家認定彗星的本質是地球大氣中的一種擾動,如亞里斯多德所論述的。第谷在1577年推翻這種想法,他以視差的測量顯示彗星必須比月球更遠。許多人依然不認同彗星軌道是繞著太陽,並且假定它們在太陽系內的路徑是遵循直線行進的[8]

1687年,艾薩克·牛頓發表了它的《自然哲學的數學原理》,介紹引力和運動的規律。雖然他懷疑在1680年和1681年相繼出現的兩顆彗星是掠過太陽之前和之後的彗星(1680年大彗星,後來發現他是正確的),但因為他的工作還未完成[9],因此未將彗星放入他的模型中。牛頓的朋友愛德蒙·哈雷在1705年发表《彗星天文學論說》(Synopsis of the Astronomy of Comets),使用牛頓运动定律計算木星和土星的引力對彗星軌道的影響[10]。他檢視歷史的紀錄後,发现1682年出現的这顆彗星與1531年彼得魯斯·阿皮亞努斯、1607年克卜勒觀測的彗星的軌道要素幾乎相同[10]。因此哈雷推斷這三顆彗星是同一顆彗星,週期在75-76年之間。在粗略的估計行星引力對彗星攝動後,預測這顆彗星在1758年將會再接近地球[11]

雖然直到1758年12月25日,這顆彗星才被德國的一位農夫和業餘天文學家约翰·格奥尔格·帕利奇觀測到,哈雷的預測是正確的。它受到木星土星攝動延遲的影響618天,直到1759年3月13日才通過近日點[12]。在彗星回歸之前,攝動效應就已經被三位法國數學家亚历克西·克洛德·克莱罗熱羅姆·拉朗德妮科尔-雷娜·勒波特組成的小組計算出[13],他們認爲彗星會在4月13日回歸(計算誤差一個月)。[14]哈雷於1742年逝世,未能活著看見這顆彗星的回歸[15]。彗星回歸的確認,首度證實了除了行星之外,還有其他的天體繞著太陽公轉。這也是牛頓天体物理學最早成功的预测。1759年,法國天文學家尼古拉·路易·拉卡伊將這顆彗星命名為“哈雷彗星”,以纪念愛德蒙·哈雷的工作。

一世紀的猶太天文學家可能已經認為哈雷彗星會週期性出現[16]。提出這理論是注意到在一篇猶太法典的短文中[17]提到:“有一顆星隔70年出現一次,會使船長發生錯誤” [18]

哈雷彗星的紀錄和聯想

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史記》「始皇七年,彗星先出東方,見北方;五月見西方,十六日」
 
哈雷彗星的軌道(藍色)相對於外行星的軌道(紅色)

最先和最完備的哈雷彗星紀錄皆在中國;據朱文鑫考證:自始皇七年(前240年)至宣統二年(1910年)共有29次記錄,並符合計算結果。

在歐洲,哈雷彗星的紀錄也十分詳盡,最早的紀錄在前11年,但哈雷彗星回歸與其他彗星一樣,被眾多迷信的居民聯想成稀罕的災星,與災禍联系在一起;1066年4月回歸時,英國剛好遇著诺曼底公爵王朝前的侵略戰爭,當時居民見到彗星高掛的恐懼情況被繪在貝葉掛毯上留傳後世。

1066年以前

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  • 前613年,《春秋》「秋七月,有星孛入於北斗」。
  • 前240年,《史記·始皇本紀》「始皇七年,彗星先出東方,見北方;五月見西方,十六日」。[1]页面存档备份,存于互联网档案馆) 。
  • 前164年後半,巴比倫粘土板有記錄。 前163年5月12日 汉文帝后元二年己卯正月壬寅《汉书·天文志》“天欃夕出西南”。
  • 前87年7月10日 汉昭帝始元二年《汉书·天文志》“孝昭始元中,汉宦者梁成恢及燕王候星者吴莫如,见蓬星出西方天市垣东门,行过河鼓,入营室中”
  • 前12年10月,《新約聖經》有伯利恆之星的說法。前12年10月9日汉成帝元延元年 《汉书·五行志》“元延元年七月辛未,有星孛于东井,践五诸侯,出河戌北,率行轩辕太微,后六日度有余,晨出东方;十三日,夕见西方,犯次妃,锋炎再贯紫宫中;大火当后,达天河,除于后妃之域,南逝度,犯大角摄提,至天市而按节徐行,炎入市中,旬而后西去,五十六日与苍龙俱伏。”
  • 66年2月20日汉明帝永平八年《后汉书·天文志》 “永平八年,六月壬午,长星出柳、张三十七度,犯轩辕,刺天船,凌太微,至上阶,凡现五十六日去柳。”
  • 607年3月,日本書紀有記錄。[19]隋炀帝大业三年 607 3月18日 《隋书·天文志》

大业三年三月辛亥,长星见西方,竟天,干历奎、娄,至角、亢而没;至九月辛未,转见南方,亦竟天,又干角、亢,频扫太微、帝座,干犯列宿,唯不及参、井,经岁乃灭。

  • 684年10月,日本書紀(天武12年)有記録。1493年,歐洲《紐倫堡編年史》編撰者使用的資料來源之一記錄了這一事件[20],包含事件發生8個世紀後的圖像。

《新唐书·天文志》記錄唐武帝后光宅元年九月丁丑,有星如半月,见于西方。

  • 837年3月22日,即唐文宗開成二年二月丙午。這是史上哈雷彗星距地球最近的一次[21][22],距離僅僅0.03天文單位(320萬英里;510萬公里)。彗星的尾巴在天空中伸展了90度,亮度達到-3等。中國、日本德國拜占庭帝國中東的天文學家都記錄下來這次回歸。皇帝虔誠者路易觀察到了這一現象,並致力於祈禱和懺悔,擔心「王國發生變化及一位王子的死訊傳開」[23]

《舊唐書·天文志》 二年二月丙午夜,彗出東方,長七尺餘,在危初度,西指。戊申夜,危之西南,彗長七尺,芒耀愈猛,亦西指。癸丑夜,彗在危八度。庚申夜,在虛三度半。辛酉夜,彗長丈餘,直西行,稍南指,在虛一度半。壬戌夜,彗長二丈,其廣三尺,在女九度。癸亥夜,彗愈長廣,在女四度。三月甲子朔,其夜,彗長五丈,岐分兩尾,其一指氐,其一掩房,在鬥十度。丙寅夜,彗長六丈,尾無岐,北指,在亢七度。文宗召司天監硃子容問星變之由,子容曰:「彗主兵旱,或破四夷,古之占書也。然天道懸遠,唯陛下修政以抗之。」乃敕尚食,今後每日禦食料分為十日。其夜彗長五丈,闊五尺,卻西北行,東指。戊辰夜,彗長八丈有餘,西北行,東指,在張十四度。詔天下放系囚,撤樂減膳,避正殿;先是,群臣拜章上徽號,宜並停。癸未夜,彗長三尺,出軒轅之右,東指,在張七度。

  • 989年9月,日本中国皆有記録。這一年日本永延三年改元為永祚元年。宋太宗端拱二年 989 9月3日 《宋史·天文志》

端拱二年七月戊子,有彗出东井、积水西,青白色,光芒渐长,晨见东北,旬日,夕见西北,历右摄提,凡三十日,至亢没。

1066年

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貝葉掛毯上描繪的哈雷彗星

1066年,彗星在英國出現,並被認為是一種預兆:同年晚些時候,英國哈羅德二世黑斯廷斯戰役中陣亡,征服者威廉奪取王位。這顆彗星出現在貝葉掛毯上,並在標題中被描述為一顆恆星。該時期倖存的記載將其描述為金星大小的四倍,並且發出相當於月球四分之一的光芒。哈雷當時距離地球不到0.1個天文單位[22],亮度達到-1等。

1145年–1378年

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  • 1145年4月,日本天養二年改元為久安元年。宋高宗绍兴十五年 1145 4月18日 《宋史·天文志》

绍兴十五年四月戊寅,彗星见东方。丙申复见于参度。五月丁巳,化为客星,其色青白。壬戌留守张,至六月丁亥乃销。

  • 1301年10月,中国的《元史》中皆有記載。元成宗大德五年 1301 10月27日 《元史·天文志》

大德五年八月庚辰,彗出东井二十四度四十分,如南河大星,色白,长五尺,直西北,后经文昌、斗魁,南扫太阳,又扫北斗、天机、紫微垣、三公、贯索,星长丈余,至天市垣,巴蜀之东,梁楚之南,宋星上,长盈尺,凡四十六日而灭。

1456年

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1531年–1759年

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1835年回歸

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1835 年,E. J. 庫柏在愛爾蘭馬克里天文台使用口徑為 340 毫米(13.3 英寸)的巴黎考喬瓦透鏡望遠鏡繪製了哈雷彗星的草圖。

F.W. Bessel也畫了哈雷彗星的草圖[24]。1835年,天文學家在彗星出現期間觀察到的噴流促使弗里德里希·威廉·貝塞爾認為蒸發物質的噴射力可能足以顯著改變彗星的軌道[25]

世界各地的著名天文學家從1835 年8 月開始進行觀測,其中包括多帕特天文台的斯特魯維和好望角進行觀測的約翰·赫歇爾爵士[26]。在美國,耶魯大學使用望遠鏡觀測彗星。新的觀測結果有助於證實這顆彗星的早期紀錄,包括1456年和1378年的回歸。

1835年8月31日,天文學家D. Olmstead和E. Loomis 在康乃狄克州耶魯大學首次報告了這顆彗星[27]。在加拿大紐芬蘭魁北克也都有彗星觀測報告。1835年後期,來自各地的報道紛紛湧來,當時的加拿大報紙也經常對此進行報道。

天文攝影在1839年出現,因為攝影技術直到在1830年代才發明,故1835年回歸沒有拍攝記錄[28]

哈雷彗星在1835年與1910年之間回歸週期只有74.42 年,這是已知的最短回歸週期之一,彗星在行星的影響下,回歸週期曾長達79年[29]

1910年之回歸

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哈雷彗星1910年回歸

直至1910年回歸時,部分民众仍對哈雷彗星充滿恐懼。當時經算出來的結果顯示:過近日點後的哈雷彗星彗尾將掃過地球,有報紙故意誇大其恐怖性,称彗尾中有毒氣会滲入大氣層,並毒死地球上大部份人,正如科学家所预料的,这种情况并未发生。不过,哈雷彗星的光谱分析发现了彗星的彗尾中含有氰(一种毒气),这导致公众担心地球通过尾巴时会被氰毒化。不过,由于彗尾中的氰含量极少,扩散到大气层后并不足以毒死人。[30][31]當時有些偏僻村落的人感到異常恐慌,報導称中歐和東歐甚至有人因此自殺。

這次回歸開始,哈雷彗星有了照片和光譜紀錄;是次回歸最早在1909年9月11日被發現,當時彗星光度16等;1910年5月中旬直至月底的彗核亮度達2-3等,5月17日彗尾長達100度,往後更發展至140度之長。由於天文學家已預計5月20日地球經過哈雷彗星的彗尾(兩者相距只有0.15 AU),這樣引起包括氣象學研究人員對環境的監測。這段時間拍下的彗頭照片顯示彗頭複雜動蕩的結構,並且有暈狀和鳥冠狀的光芒,5月24日彗核中心分為兩個,各被拋物線狀物包圍;當年8月時為9等星,翌年1月時變為13~14等,那次回歸最後觀測紀錄是1911年6月16日。

1986年之回歸

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哈雷彗星1986年回歸

哈雷彗星1986年的回归是人类有史以来作對它所作的最詳盡的一次觀測,尽管这次回归它远远没有以往回归时那样的明亮。假如没有现代的观测与分析工具,这一次回归可能不被人们发现。

1982年10月16日美國帕洛马山天文台5米反射望遠鏡以CCD率先捕捉到回归途中的哈雷彗星,當時光度為24.2等,距離太陽11天文單位,即位於木星及土星之間,暫定名為1982I。

由於1910年觀測時沒有計畫,當時各天文台觀測方法和儀器上沒有互相連系,故沒有良好成果。為更有效協調全球觀測網絡,世界各天文台和天文愛好者之間聯合觀測。以美國喷气推进实验室為中心,由美國太空總署贊助,並經國際天文學聯會由22位天文學家組成委員會於1982年8月16日在希臘舉行的國際天文學聯合會第18次全體會議上正式成立「國際哈雷彗星觀測計畫」(International Halley Watch,IHW)。計畫有統一的觀測原則,出版規範觀測資料和方法,也考慮資料整理,因此使比較研究更容易。此計畫由1983年10月中旬開始直至1987年末,不間斷的對哈雷彗星觀測。

為了觀察哈雷彗星,當時參加這場國際哈雷彗星觀測計畫的國家所屬太空中心中,美國國家太空總署、前蘇聯太空局、歐洲太空總署以及日本宇宙空間研究所發射了七架宇宙探查器,其中由美國發射的ICE、歐洲發射的喬托號、日本發射的先驅號彗星號以及前蘇聯發射的維加一號和二號,在天文迷中普遍被稱作「哈雷艦隊」。

1991年2月,南歐天文台以1.54米丹麥望遠鏡觀測到哈雷彗星的亮度突然從25等增亮至21.5等,並冒出20角秒(約20萬公里)的彗髮,這可能是受到一顆小行星的撞擊或者太陽耀斑的激波激發所致。

21世紀的觀測

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在20世紀最後一次在拍攝中發現哈雷彗星為1994年1月10日,以智利的3.58米新技術望遠鏡(New Technology Telescope)觀測。2003年3月6日,天文學家以南歐天文台三座8.2米VLT望遠鏡在長蛇座頭部再次拍到它(81張照片,共計九小時曝光),距地球27.26 AU(40.8億公里),光度28.2等;天文學家相信:以現時觀測技術,即使它在2023年過遠日點(35.3 AU)還要暗2.5倍之下,也可拍到其影像。

2061年之回歸

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哈雷彗星的下一次通過近日點發生在2061年7月28日,與1985-1986年回歸相比,這次觀測位置更好,因為彗星將與地球位於太陽系同一側[32]。屆時哈雷彗星最接近地球將是近日點後一天。預計當時亮度為視星等−0.3等,相較之下1986年亮度為僅為視星等2.1等[33] 。 2060年9月9日,哈雷彗星將經過木星0.98 AU(147,000,000公里)範圍內,然後在2061年8月20日經過金星0.0543 AU(8,120,000公里)範圍內。

2134年之回歸

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哈雷彗星將於2134年3月27日抵達近日點[34][35]。2134年5月7日,哈雷彗星將經過地球附近,距離0.092 天文單位(13,800,000 公里)[1]。屆時視星等預計為-2.0等[33]

相關流星雨

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參考資料

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  3. ^ S. J. Peale, J. J. Lissauer. Rotation of Halley's Comet. Icarus. 1989, 79 (2): 396–430. Bibcode:1989Icar...79..396P. doi:10.1016/0019-1035(89)90085-7. 
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參考文章、書目

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  • 《1680年的大彗星及約翰・佛萊始迪度》作者南政次,『天文通訊』第34巻207號(1986年)台北市立圓山天文台出版
  • 《哈雷彗星觀測手冊》王德昌等編著,紫金山天文台編輯,四川科學技術出版社1985年10月初版。書號:13298.58
  • 《天文考古錄》P.59─80,朱文鑫著,商務印書館1933年1月初版
  • 《International Halley Watch Amateur Observers' Manual for Scientific Comet Studies

, Sky Publishing Corporation(November 1, 1983), ISBN 978-0-933346-40-6

外部連結

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