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彗星的轨道特性

1、彗星轨道

  通过多次观测的资料,可以推求出彗星的绕太阳公转轨道要素,即近日距、过近日点时刻、偏心率、轨道面对黄道面的倾角、升交点(在轨道上由南向北经黄道面上的点)黄经、近日点与升交点的角距,进而可以推算出彗星的历表,即不同时刻在天球上的视位置(赤经与赤纬)。很多彗星的轨道是扁长椭圆形、抛物线乃至双曲线。显然,沿抛物线或双曲线轨道运动的彗星是非周期彗星,它们会一去不返、逃离太阳系,那么它们是否真正属于太阳系成员呢?实际上,这些彗星是在过近日点前后被观测的,算出的是其吻切轨道,而且在这段时间里三种轨道差别较小,观测精度不够可导致算出的轨道误差,更重要的是彗星运行中受大行星的引力摄动等影响而发生轨道变化,大多数彗星在改正这些影响后算出的轨道仍是偏心率略小于1的扁长椭圆,因而它们是太阳系成员,也有少数彗星会一去不返。既使很扁长椭圆轨道的彗星,其公转周期也很长,要几百年乃至几万年才回归太阳系一次,在人类文明史中只有短周期的彗星(公转周期小于200年)才被多次观测到,绝大多数短周期彗星是顺向公转达的(即跟行星公转方向相同),它们的轨道面相对黄道面的倾角小于45度,有少数(如哈雷彗星)逆向公转,而长周期彗星和非周期彗星的轨道面倾角是随机分布的,顺向公转和逆向公转的都很多。

2、彗星族

  约2/3的短同期彗星的远日距小于7天文单位,即它们在远日点时临近木星轨道,称它们为"木星族彗星"。一般认为,近抛物线(偏心率e约等于1)轨道的彗星接近木星时,因受木星引力摄动大,其轨道改变而被俘获为短周期彗星。典型例子是Brooks(1889V)彗星,它接近木星后,公转周期从约29年变为7年。此外,还有些彗星的远日距靠近土星、天王星、海王星轨道,分别称作"土星族彗星"、"天王星族彗星"、"海王星族彗星",但数目少,是否来自"俘获"尚有疑问。

3、彗星群

  除了过近日点时刻不同之外,其余五个轨道要素都很接近的一些彗星称为"彗星群"。已确认出10个彗星群,各群的彗星数目有多有少。有一种看法认为,同群的彗星是由一颗大彗星分裂出来的。确实观测到一些彗星分裂的事例。最著名的是"掠日彗星群",至少有16颗彗星,其近日距小于0.01天文单位,可以穿越日冕,其中池谷一关彗星(1965VIII)在1965年10月20日过近日点后两星期内分裂为三颗。1993由休梅克夫妇(E.Shoemaker,C.Shoemaker)和(D.Levy)发现的Shoemaker一Levy9彗星在1992年7月接近木星时可能发生多次分裂,1993年先观测到5个子彗核,后增至11、17直到21个子彗核,在照片上排列成一串,成为"天空中的项链"。

4、奥尔特云与柯伊伯带

  1950年,荷兰天文学家奥尔特(J.H.Oort)作了彗星轨道的统计研究,发现轨道半径为3万至10万天文单位的彗星数目很多,他推算那里有个大致球层状的彗星储库,有上千亿颗彗星。早在1932年欧匹克(E.Opiek)也曾提出过类似看法,因而这个彗星储库称为"奥尔特云"或"奥尔特一欧匹克云",那里的彗星绕太阳公转的周期长达几百万年。按照近年的更仔细研究,奥尔特云中有上万亿至十万亿颗彗星。当然,这些遥远的彗星绝大多数尚不能直接观测到,只有在恒星的引力摄影动下或彗星相互碰撞时,有的彗星发生很大的轨道变化,当它沿扁长轨道进入内太阳系时,才成?quot;新"彗星被观测发现。

  1951年,美国天文学家柯伊伯(G.Kuiper)研究彗星性质与彗星形成,认为在太阳系原始星云很冷的外部区里的挥发物凝聚为冰体一彗星,当外行星在冰体群中长大时,外行星的引力弥散作用使一些彗星驱入奥尔特云,但是冥王星之外没有行星形成,他提出冥王星之外有个彗星带一即柯伊伯带,那里有很多彗星,它们的轨道近于圆形,轨道面对黄道面倾角不大。1964年,惠普尔(F.Whipple)等提出,冥外彗星带会引起外行星及彗星引力摄动,若此带在40天文单位处,则彗星总质量约为地球质量的80%;若在50天文单位处,则总质量为地球的1.3倍。1988年邓肯(M.Duncan)证明,柯伊伯带是短周期彗星的主要源,而奥尔特云不是它们的源区。

  正如前面所述的,近年新发现的冥外天体1992QB1(Smiley)和1993FW应是柯伊伯带内边界区的彗星(尽管现在以小行星方式命名),而离太阳32至35天文单位的1993RO、1993RP、1993SB、1993SC可能是从柯伊伯带摄动出来、处在向短周期演变的天体。柯伊伯带从离太阳40天文单位外延到几百天文单位(其外界尚不知道),估计此带中的彗星有上万颗,它们是太阳系形成时期的原始冰体残留下来的,这些彗星保存着太阳系原始物质的信息。欧洲空间局将在2003年发射罗赛达(Rosetta)飞船会合由柯伊伯带来的短周期彗星,揭示彗星性质及太阳系形成的奥秘。

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