2009年3月9日 星期一

太陽系的遊俠—鹿林彗星

彗星據天文學家推測是太陽系形成時早期的物質,透過各個彗星的組織結構、化學性質及軌道分布等研究,有助於了解太陽系的演化過程。而小行星則是太陽系形成過程中沒有形成行星的殘留物質。通常小行星的軌道中近日點與遠日點的距離通常不會比冥王星的軌道大,但是彗星就會大上數倍以上,甚至於可能沒有遠日點。要注意的是,彗星或小行星等在太空中軌道運行離心率較高的小天體,將來都可能有機會與地球相交會,進而落入地球造成災難!若能提早發現並觀測及分析其軌道走向,有助於為我們地球提供較充裕的預警時間。


Discovery頻道製作模擬直徑500公里的小行星撞擊地球情形(節錄自俄羅斯的Youtobe)

距今6500百萬年前,也就是白堊紀末期時,有顆直徑10~14公里的小行星撞擊地球,造成直徑大約有180公里,深900公尺的坑洞,科學家推測當時包括恐龍在內,地球上半數以上生物都在當時滅絕。而那顆小行星的撞擊點就在現今墨西哥的猶加敦半島。


猶加敦半島發現地底之隕石坑

經科學家研究地球被大型的隕石撞擊的機率,直徑1公里的隕石大約每百萬年撞擊地球一次,直徑5公里的隕石則大約每千萬年撞擊一次。現在地面上已發現的隕石坑,約還保有150個撞擊遺跡。其中最著名也最完整的當屬美國亞利桑納州的隕石坑(Meteor Crater),更是全球被研究的最徹底的隕石坑。據估計當時的隕石直徑約為1公里。


亞利桑納州的隕石坑(Meteor Crater)(節錄自nipic暱圖網)

彗星的主要結構有彗核、彗髮與彗尾。彗星組成成分為塵埃、石塊、冰塊及凝結成固態的氨、甲烷、二氧化碳等化合物,因為成分的關係彗星而又被稱為『髒雪球』或『塵球』。彗星離太陽較遠時,太陽輻射較弱,受輻射蒸發並不顯著,此時彗星呈現近似球型狀態。


2009年2月22日於高雄藤枝觀測到的鹿林彗星(Lulin comet)(節錄自astronomy.tw由林岳攝影)

當彗星運行到較靠近太陽時,受太陽的光與熱的照射,冷凝物質與固體裡所吸附的氣體被蒸發出來,此時彗星的固體部份稱為彗核,在彗核外圍形成反射太陽光的氣團,叫做彗髮,彗核與彗髮兩者合稱為彗頭。此時它的大小可達十萬公里。當彗星非常靠近太陽時,彗髮物質受太陽輻射和太陽風的吹襲,迫使部份彗髮物質向背離太陽的方向流動,成為長髮狀的彗尾,彗尾通常遠離太陽,不過彗髮與彗尾的形狀其實相當多變;彗尾又可細分為塵尾與離子尾兩部份,一般而言狹長而直的是離子尾,瀰散而彎曲的是塵埃尾。


2007年3月31日觀測到的海爾‧鮑普彗星(Hale-Bopp comet),而這是本世紀目前觀測到最亮的彗星(節錄自Astronomy Picture of the Day)

離子尾形狀狹長,由游離分子組成,主要的成分是一氧化碳的離子,這些離子吸收了紫外光以後在 4200 埃附近輻射,造成離子尾偏藍的顏色。離子尾與太陽風有關,這些太陽風挾帶著太陽的磁場,在靠近彗星時速度變慢,而彗星遠離後又加快,使得磁力線及陷在其中的離子包覆在彗核的外圍而在背向太陽的方向形成離子尾。因此雖然說離子的確被太陽風吹往背向太陽的方向,離子尾卻可以說是附著在彗核附近、屬於彗星結構的一部份。


彗星尾巴形成原因示意圖

而塵埃尾和離子尾比起來較瀰散而形狀彎曲且較短。當彗星靠近太陽時,表層的冰開始昇華,釋放出的氣體挾帶著塵埃一齊向外噴放。這些塵埃顆粒反射陽光形成了塵埃尾。塵埃在彗星上受到了兩種力,重力及光壓。這兩個力的比與太陽的距離無關,但是卻和塵埃的性質有關。顆粒較小的塵埃因為兩者淨力為零維持等速直線運動,當速度大於逃脫速度時便被彗星被拋散出去,否則隨彗星就繞著太陽繞軌道運行。塵埃尾是因為不同大小、成分的顆粒受力不同而拋射時間不同形成扇形的分佈,並反射陽光而成灰黃的顏色。而在彗星運動的過程中,磁場方向的改變常常會造成離子尾的分叉、斷裂、再生。彗尾的長度可達數百萬公里以上,甚至達一億公里多,而這也就是中國人稱其為「掃帚星」的由來。中國歷史上約有2千次的彗星紀錄,是近代研究彗星運動週期、軌道變化等重要問題的參考。其中著名的哈雷彗星最早出現在《春秋》魯文公十四年(公元前 613 年)的記載:「秋七月,有星孛入於北斗。」,比起西歐最早公元66年的紀錄早了6百多年。從中國魯文公記載至今,週期為 76 年的哈雷彗星在中國史書上共出現32次。


2007年7月11日巡天計畫觀測助理林啟生與大陸廣州中山大學葉泉志在中央大學天文所建於玉山國家公園內鹿林天文台,使用天文望遠鏡在寶瓶座發現星等為+18.8的新天體,於7月17日經美國天文學家以望遠鏡確認後,證實具有彗星特徵,正式被編號為C/2007 N3,命名為鹿林彗星 (LULIN),這是歷史上第1顆由我們台灣的望遠鏡所發現的彗星。經過分析鹿林彗星軌道,顯示它是來自太陽系外圍歐特雲區,而且是極長週期的彗星,據估計其繞太陽公轉一圈長達2850萬年 。


2009年2月18日在美國亞利桑納州觀星村拍攝的鹿林彗星(節錄自北京新浪網)

鹿林彗星是2009全球天文年年初最明亮的彗星,最亮時呈現耀眼的綠色,而1月到4月是鹿林彗星的最佳觀察期,2009年1月初時位在天蝎座與天秤座之間,可在天亮前見於東南方天空見其緩慢西移,2月初位在天秤座,經室女座向獅子座移動,於2月23日進入獅子座內。2月24日時最接近地球,此時鹿林彗星整晚可見,且月亮恰逢朔時,觀測條件非常好,亮度約4至5等,成為一顆肉眼可見的彗星。而後西移速度加快,3月3日進入巨蟹座內,3月5日掠過巨蟹中央的鬼宿星團(M44)。3月中旬彗星後進入雙子座,因已逐漸遠離太陽,所見視星等持續減弱。直到4月底時,彗星亮度預計會快速降至8-9等左右。


鹿林彗星在靠近太陽時一系列的特寫(節錄自Associazione Astronomica Cortina)

鹿林彗星運行的軌道幾乎和黃道面一致,所以兩條尾巴都在黃道面上。由於塵埃尾拖曳在彗星行進方向的後方;另一條被太陽風所吹出的離子尾,則指向太陽的反方向。從地球上望去鹿林彗星的兩條彗尾剛好出現在相反的兩個方向,所以看到很難得彗星有一左一右兩片張開的翅膀,彷彿是綠色小精靈一般美妙。


2009年2月22日在美國新墨西哥州拍攝到鹿林彗星有兩片張開的翅膀(節錄自Associazione Astronomica Cortina)

本篇文章參考自

世界地質公園網路 - 揭秘地球上十大隕石坑
黃祈雄的宇宙天文篇 - 亞利桑那州的大隕石坑
臺北市立天文科學教育館 - 1~4月 另類臺灣之光—鹿林彗星進入最佳觀測期
中央氣象天文台 - 鹿林彗星特報
科學月刊 - 台灣之光—從鹿林看鹿林彗星
鹿林天文台
AEEA 天文教育資訊網 - 主題介紹 ─ 彗星
交通大學曾耀寰教授新天文學導論

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