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
常见问题
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。
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。
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)