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彗星如何形成、從何而來,以及為什麼它們的軌道不同

發布:

An image of comet C/1995 O1 (Hale-Bopp), taken on April 04, 1997 with a 225mm f/2.0 Schmidt Camera (focal length 450mm) on Kodak Panther 400 color slide film with an exposure time of 10 minutes; the field shown is about 6.5°x6.5°; at full resolution, the stars in the image appear
圖片: E. Kolmhofer, H. Raab; Johannes-Kepler-Observatory, Linz, Austria ( https://sternwarte.at ) · CC BY-SA 3.0 · Wikimedia Commons

重點

根據NASA,彗星是太陽系形成過程中留下的冰凍遺跡,由岩石、塵埃和冷凍氣體組成。大多數彗星儲存在兩個遙遠的儲存庫之一——柯伊伯帶或歐特雲——彗星來自的儲存庫在很大程度上解釋了其軌道需要多長時間以及它以什麼角度接近太陽。

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根據NASA對彗星的概述,彗星經常被描述為宇宙雪球:由岩石、塵埃和冷凍氣體組成的固體,繞太陽運行。在遠離太陽的地方,彗星的冰核(稱為彗核)很小——NASA將其比作小城鎮的大小。當彗星接近太陽時,熱量使這些冷凍氣體蒸發,產生一個名為彗髮的發光頭部,可以比大多數行星還大,加上一條可以延伸數百萬英里的塵埃和氣體尾部。

彗星的起源

根據NASA,彗星是太陽系形成過程中留下的遺跡。這些彗星不是隨機分散在太陽系各地,而是集中在兩個不同的儲存區域:柯伊伯帶(始於海王星軌道之外)和距離更遠的歐特雲。NASA的柯伊伯帶事實頁面指出了這一點。

根據NASA,柯伊伯帶是一個甜甜圈形的冰凍天體區域,始於海王星軌道附近(距太陽約30個天文單位),延伸至主要區域約50個天文單位,更分散的圓盤延伸至近1,000個天文單位。它以天文學家Gerard Kuiper命名,他在1951年發表了關於海王星外天體的理論著作,儘管柯伊伯帶天體的實際發現直到1990年代初才開始(冥王星在1930年被發現,是第一個被識別的此類天體,儘管當時未被識別為此類天體)。迄今為止,該區域已編目超過2,000個天體,科學家估計該區域存在數十萬個寬度超過60英里(100公里)的天體,NASA表示。

根據歐洲太空局(ESA),歐特雲位於柯伊伯帶遠外,距太陽延伸數千億公里。其廣闊的距離和經過的恆星的重力影響以及星系的潮汐拉力被認為使其具有球形,不同於較平坦、盤狀的柯伊伯帶。

為什麼軌道不同:短週期對比長週期彗星

彗星來自的儲存庫形成了天文學家如何分類其軌道。ESA的彗星攔截器任務頁面根據軌道週期和彗星相對於行星平面(黃道面)運行的角度區分了幾個類別。

根據ESA,木星族彗星在20年內完成一個軌道,並在行星平面附近運行,靠近木星的軌道;它們的路徑受到木星重力的強烈影響。哈雷型彗星的週期為20至200年,在木星和冥王星的軌道之間運行,並且可以以相對於行星平面0至90度的任何角度接近太陽——哈雷彗星大約每76年返回一次,是ESA引用的最著名的例子。

木星族和哈雷型彗星都被歸類為短週期彗星,NASA的柯伊伯帶頁面將大多數短週期木星族彗星歸因於柯伊伯帶中的碰撞,這些碰撞在海王星的重力影響下將碎片推向太陽。

相比之下,根據ESA的說法,長週期彗星的軌道週期從200年到超過一百萬年不等。這些彗星很少進入內太陽系,傾向於從本質上隨機的方向和角度到達,而不是緊靠行星平面——這種模式與起源於大致球形的歐特雲而不是較平坦的柯伊伯帶是一致的。由於長週期彗星很少被近距離觀測,ESA的彗星攔截器任務旨在成為第一個近距離研究長週期彗星的任務。

其他軌道類別

ESA還描述了掠日彗星,它們極其接近太陽並經常因熱量而破裂或蒸發,以及非週期彗星,它們可以從與行星的近距離遭遇中獲得足夠的速度,以完全逃脫太陽的引力並離開太陽系。另外,根據ESA,像1I/'Oumuamua這樣的星際天體被認為是在經過我們的太陽系之前在其他恆星周圍形成的系外彗星。

彗星軌道類型比較
類型典型軌道週期軌道平面行為可能的來源區域
木星族彗星20年內靠近行星平面,在木星軌道附近柯伊伯帶
哈雷型彗星20–200年距行星平面0–90度,在木星和冥王星之間柯伊伯帶/分散的來源
長週期彗星200年至超過一百萬年隨機角度,不受行星平面限制歐特雲
掠日彗星不同極其接近太陽混合/較大天體的碎片

彗星由什麼組成

NASA將彗星描述為由岩石、塵埃和冷凍氣體組成。NASA特別將柯伊伯帶中的物質描述為含有岩石、水冰、氨和甲烷的冰凍遺跡,其中一些天體寬度超過600英里(約965公里),包括共享該區域的冥王星和厄里斯等矮行星。NASA還指出,柯伊伯帶的總估計質量不超過地球質量的約10%。

在多次經過太陽附近的過程中,彗星的冰逐漸耗盡。NASA的柯伊伯帶頁面指出,這樣的彗星最終可能變得休眠,不再產生定義活躍彗星的可見彗髮和尾部。

常見問題

彗星由什麼組成?
根據NASA,彗星由岩石、塵埃和冷凍氣體組成,具有一個名為彗核的固體冰核,當彗星接近太陽時,它蒸發成發光的彗髮和尾部。
大多數彗星來自哪裡?
NASA和ESA描述了兩個主要的儲存庫:柯伊伯帶(海王星外的盤狀區域)和歐特雲(大致球形的殼層,距太陽延伸數千億公里)。
短週期彗星和長週期彗星有什麼區別?
根據ESA,短週期彗星(木星族和哈雷型)在200年或更短時間內繞太陽運行,傾向於停留在行星平面附近,而長週期彗星需要200年至超過一百萬年,可以從任何角度接近,這與歐特雲的起源一致。
哈雷彗星多久返回一次?
ESA指出,哈雷彗星是最著名的哈雷型彗星,大約每76年返回一次內太陽系。
彗星能永久離開太陽系嗎?
是的——ESA指出,一些彗星可以從與行星的近距離遭遇中獲得足夠的速度,以完全逃脫太陽的引力並成為星際天體,類似於1I/'Oumuamua,它被認為是來自另一個恆星系統的系外彗星。

來源

  1. NASA Science — Kuiper Belt: Facts
  2. ESA — What types of comets are there? (Comet Interceptor)
  3. NASA Science — Comets overview

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