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17路(17LUBBS) · 看见更远的宇宙

彗星有两条尾巴,一条被风吹走一条落在身后

冬天在户外呵一口气,白雾刚出口就被风斜着吹走;如果嘴里甩出一滴水,它却按抛物线落在地上。同一口气,两种结果,差别只在颗粒大小与受力方式。同一口气里的两样东西,走了两条完全不同的路:一个被气流带走,一个只服从惯性。彗星的尾巴也是这样分开的——它其实有两条,方向不同,成因也不同。

彗星的离子尾由太阳风剥离的等离子组成,呈蓝色,几乎笔直地背向太阳;尘埃尾由被光压推开的颗粒组成,呈黄白色,弯曲地留在轨道后方。两条尾巴的分岔,来自两种完全不同的受力:离子被磁场带走,尘埃被辐射压推动。尾长可达上亿公里,密度却低于实验室真空。

离子尾是太阳风「吹」出来的

太阳风以每秒数百公里的速度从太阳向外吹,撞上彗发时把其中的气体电离,再沿磁力线卷走。

被带走的主要是一氧化碳离子(CO⁺),它在可见光下发蓝。整条尾巴像一根被拉直的线,指向几乎正背太阳的方向——因为驱动力就是太阳风本身。

尘埃尾落在轨道后面,因为尘埃「记得」原来的速度

尘粒被太阳辐射压推离太阳,但它同时保留着彗星的公转速度。两种运动叠加,轨迹就弯成弧形。

这就像洒水车喷出的水雾:水被甩出去,也还带着车向前的速度,于是地上留下一条斜线。尘埃尾比离子尾更宽、更亮,肉眼看到的多数是它。

两条尾巴的夹角,能反推彗星在往哪走

当彗星朝太阳接近时,尘埃尾被推在运动方向的后方;远离太阳时,尘埃尾会跑到前面去。

测出两条尾的夹角与弯曲程度,就能约束尘粒的大小和释放时间。细粒被推得快、弯得急,粗粒走得直、落得慢。一次成像,等于同时读到几个参数。这也是十九世纪天文学家在没有探测器的情况下,仍能推断太阳风存在的办法。

尾巴很长,但几乎是真空

大彗星的尾巴可以拉到上亿公里,比太阳的直径还长;但其中的物质密度比地面实验室能达到的真空还低几个量级。

所以「地球穿过彗尾」并不是灾难。1910 年哈雷彗星的尾巴确实扫过地球,什么也没发生——连仪器的读数都没怎么动。当时有人兜售「防彗星药丸」,事后成了笑谈。

参数 数值 口径与来源
离子尾颜色 蓝色,主要来自 CO⁺ 光谱观测
尘埃尾颜色 黄白色,反射阳光 同上
太阳风速度 约 300–800 km/s 行星际探测器就地测量
尾巴长度 可达 10⁸ km 量级 广角成像
典型气体产生率 约 10²⁸–10³⁰ 分子/秒 亮度与光谱反演
彗核典型直径 约 1–10 km 飞掠与雷达观测

哪些是观测,哪些还是推断

观测证实两条尾的光谱差异与方向差异、太阳风的速度与成分、彗核的形态与表面活动。罗塞塔号在 67P 上做过长期原位测量。
理论预言辐射压应把尘粒推成弯曲的尾,太阳风应把离子带成直尾。1950 年代比曼正是从彗尾方向反推出「太阳持续吹出粒子流」,后来被探测器证实。
尚未定论尘埃尾中颗粒的尺寸分布;离子尾里磁场重联起多大作用;彗星活动突然爆发(亮度几天内涨几个星等)的触发机制。

常见问题

彗星的尾巴会扫到地球吗?

会,1910 年哈雷彗星就扫过。但尾巴密度极低,没有造成任何可测影响,当时关于「有毒气体」的恐慌没有依据。

为什么彗尾总背着太阳?

因为两种驱动力都来自太阳。离子被太阳风带走,尘埃被辐射压推开,方向必然背离太阳,与彗星自身的运动方向无关。

所有彗星都有两条尾巴吗?

多数同时有气体与尘埃两种成分,但比例差别很大。有的以尘埃为主,离子尾极暗;有的气体丰富,两条都很清楚。

延伸阅读

  • Biermann 1951, Zeitschrift für Astrophysik 29, 274
  • ESA 罗塞塔任务页面(esa.int/rosetta)
  • NASA 彗星观测说明页(science.nasa.gov)
免责声明:本文为科普性整理,依据文末所列公开资料与观测数据写成,不构成科研结论或任何形式的建议。科学认识会随新观测与新模型修正,引用请注明来源。如有侵权请联系删除。
文章名称:彗星有两条尾巴,一条被风吹走一条落在身后
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