试听180秒III：彗星｜神秘的灾星？

引言：常听人们说遇见了“扫把星”，就是指运气糟糕透了，那么“扫把星”到底是什么呢？它真的会带来霉运吗？

知识点 I：彗星是灾星吗？

       1811年~1812年一颗大彗星横扫天空，尾巴竟然跨越1/3的天空。1812年，拿破仑迎着这个长尾巴星星，发动60万大军兵分三路攻打俄国，最终几乎全军覆没，只剩3万余人逃回法国。难道说这颗“扫把星”就是拿破仑的灾星？！

       我们通常把日月行星、四季星空、流星雨、双星拱月等天象都称为常规天象，因为它们几乎每天、每月、每年都会出现，自然也就见怪不怪了。而对于日食、月食、掩星、凌日、彗星等不常见的就称为特殊天象。中国有句古话叫“天呈异象”，每当出现特殊天象的时候总会思考会不会有特殊的事情发生。人们认为，这样一个一生罕见的奇特天体的出现破坏了天体运动的庄严性和均一性，所以在西方，似乎经常有作家把彗星描写成刀枪剑戟，甚至是披散着长发的脑袋，各种各样可怕的形象。另一方面，从心里学上讲，相比于正面信息，人们对负面信息往往有更大的敏感性，好比看新闻的时候，丑闻、灾难啥的更会引起大家的注意，也记得更牢，这就叫消极偏见或负面偏见。

外科医生帕雷在《天空怪物》一书中对彗星的描写（来源：http://www.phenomena.org.uk/）

知识点 II：古人眼里的彗星

       彗星的英文是comet，法文comète，来自希腊语κομητηζαστηε，意思是“长头发的星”。中文“彗”字，就是扫帚的意思。事实上中国古代天文学家根据彗星出现的方位和形状的不同，给彗星起了不少名称。例如：《史记·天官书》管出现在东北方的叫“天棓”，出现在东南方的叫“彗星”，出现在西北方的叫“天欃(chán)”，出现在西南方的叫“天枪”。《开元占经》援引战国时期天文学家石申的话：“凡彗星有四名，一名孛星；二名拂星；三名扫星；四名彗星，其形状不同。” 1973年，湖南长沙马王堆三号墓出土的西汉初年的帛书中有一幅彗星图，被认为出自战国楚人之手，公元前168年被埋入墓穴，上面画着29种彗星图象，其中有一些图象画出了彗核结构，总共出现了18种不同的彗星名称，主要是描写其形状的，像扫帚，像树枝、像草丛等等。图中那些用双圆表示的是E类彗头，用单圆表示的应该属于C类彗头，而只有一个黑点的彗头可能就是N类彗头（详见后文）。显然，古代中国天文学家对彗星有着长期观测，其观测的精细程度实在令人钦佩。

马王堆出土帛书上的彗星图示（来源：冯时著《中国天文考古学》）

马王堆出土的帛书（来源：NASA）

知识点 III：彗星结构

       彗星并不是一直有尾巴的，远离太阳时，是一个发光的云雾状的小斑点；只有在接近太阳的时候，完整的彗星结构才可能呈现出来。通常将彗星分为彗核、彗发、彗尾三部分，彗核是其核心部分，是彗星的实体，通常是近乎圆形，透明发光的部分；彗核的直径只有几公里至几十公里。彗核周围的雾状物即是“彗发”，如果往外有更大的弥散状的结构，则称为彗云。彗核和彗发合并称为彗头。

       1835年德国天文学家贝塞耳提出了彗尾的喷射理论。当彗星接近太阳时，由于太阳风和太阳辐射的压力，彗发的气体和尘埃被推开，朝着太阳相反方向延伸，形成“彗尾”。由于彗星每次接近太阳都会损失一部分物质，所以每次回归彗核中喷出的气体数量会有不一样，再加上不同彗核结构上存在差异，所以彗头、彗尾的形态会有所不同。对此，前苏联天文学家奥尔洛夫把彗头分为三类。E类彗头，指彗核中有着丰富的气体，彗发明亮，有抛物面形的壳层包裹着，彗头呈锚形；C类彗头，指由于彗核中气体较为缺乏，有彗发但无壳层，彗头呈球茎形；还有一类，叫N类彗头，指由于多次回到太阳附近，彗核已完全失去了气体，因此我们可能只看到彗核，没有彗发，但它还是会有彗尾，长长的彗尾是直接从彗核开始的。

       1878年前苏联天文学家布烈基兴提出了彗尾的分类，标准很简单，看彗尾弯曲程度。Ⅰ型彗尾细而直，称为“离子彗尾”或“气体彗尾”；Ⅱ型彗尾向着彗星运动下平凡的方向倾斜，宽阔而弯曲，称为“尘埃彗尾”；他还提出过Ⅲ型彗尾，更短更弯，在现在的彗尾分类中已经与Ⅱ型合并了。除此以外，天文学家还注意到一种“反常彗尾”，看上去好像指向太阳的，又像短针一样锥状形态。

彗星结构（来源：Arizona State University，中文注解：水兄）

知识点 IV：彗星运动轨道

        1800多年以前罗马哲学家塞内克说：“彗星按照自然所规定的路径有规律地运行”，并且预言道，后代的人一定会对我们这个时代里不能认识明显真理的愚蠢的人感到惊愕。但直到万有引力定律的诞生，才让预测彗星轨道成为现实。

       1682年一颗彗星出现在天空中，英国天文学家哈雷注意到它的轨道与1607年和1531年出现的彗星轨道非常相似，他大胆推测它们是同一颗彗星。他花了一年时间计算轨道，而且不厌其烦地向前搜索，发现1456年、1378年、1301年、1245年，一直到1066年，历史上都有大彗星的记录，于是哈雷猜测这颗彗星可能将于1758年再度出现。在拉朗德、勒波特等人的帮助下，推测彗星将于1759年4月中旬过近日点，正负一个月。可惜的是1742年哈雷不幸去世，没能亲眼见证这伟大的时刻，但在1759年彗星果然又回来了，全世界专业的和业余的观测者都见证了彗星在哈雷预测的星座之间经过，它于1759年3月12日过近日点，正正好好在哈雷预测的范围内！根据张钰哲推算，中国古代最早的哈雷彗星回归的记录或许可以追溯到公元前1057年，哪怕是确切的最早记录也在公元前613年。然而中国古代却没有总结出有效物理学的规律，没有力学定律，因此，即便有再多的记录，也没办法建立起彼此的联系，于是就谈不上真正的科学发现了。

       彗星有三种轨道类型，即三种圆锥曲线——椭圆形，抛物线和双曲线。偏心率<1的为椭圆，偏心率=1的是抛物线，偏心率>1的是双曲线。这三种曲线中，只有椭圆形才是闭口的，只有沿椭圆轨道运动的彗星才是可以多次回归的周期彗星。数学上，将椭圆焦点至椭圆中心的距离与椭圆长轴半径的比值称为偏心率。如果两个焦点重合，就意味着焦点至中心的距离为0，所以圆形的偏心率为0，偏心率越大表示椭圆越扁。如我们地球的偏心率为0.0549，木星的偏心率为0.0483，而哈雷彗星的偏心率为0.967，离太阳最近在地球轨道以内，最远则在海王星轨道以外，达到了52亿公里。抛物线和双曲线都是开口的，彗星将有去无回。

圆锥曲线（来源：网络）
 
牛顿画的哈雷彗星轨道图