彗星之谜

彗星发光的原因

光谱分析除提供了彗星成分的资料外，也告诉我们彗星发光的原因。彗星光谱里有明亮的光带，而背景是边续光谱，强弱及谱带会随与太阳的距离远近而改变，这究竟表示什么呢？连续光谱的出现，表示彗星部分的光线是彗星的气体及固体质点反射太阳光而来，且越接近彗核，光度越强。明亮的谱带则说明了彗星另外一个发光形式，这个形式是来自彗星本身的。由于彗星的气体分子受太阳紫外辐射激发而发光。激发的原理是：气体分子吸收太阳紫外光而获得能量，从低能阶激发至高能阶，然后在跃回基态时，释放能量，发出与吸收时相同频率的辐射，因而发光。在光谱上亦因此出现发射明线，这种辐射在物理上称为“共振辐射”。“共振辐射”是一种简单的荧光现象，故彗星这种发光的方法，乃称为荧光作用。

由于彗星发光的原因都与太阳辐射有关，所以随着距离不同，亮度亦有所改变，越近越亮。一般来说，被照耀的物体亮度，与光源的距离平方成反比。但由于彗星除反射太阳光外，还自行发光，所以它的亮度便不是与距离平方成反比，而是与太阳距离的4次方至10次方不等成反比。又由于气体分子受激发所需的能量各有不同，与太阳距离不同，受激发的气体成分各有不同，但光度有异，颜色亦会有变化，而令彗星形态如此多姿多彩。

彗星从哪里来

从19世纪开始，人们对原本以为来无踪、去无影的彗星愈来愈了解后，大家就在想，这拖着长长尾巴的彗星，到底从哪里来呢？

距今200年前（1796年），法国科学家拉普拉斯出版了一本《宇宙体系论》，提出太阳系起源的星云说，认为彗星是由太阳系外星际云物质所形成的，因为受到邻近恒星的影响，加上行星与太阳引力的拉扯，使遥远星云物质被吸进太阳系，而形成彗星。

这项理论，直到1950年经过荷兰天文学家奥尔特（Oort）与斯特龙格林（Van Woerkom）的精密观测研究后，而为世人所接受。根据他们的研究，这团星际云物质距离太阳约有225000亿千米，以光的速度（每秒30万千米）得走上866天。读者可以想像一下，以光的速度1秒钟可绕地球7圈半，这个星际云还要强。太阳的万有引力与日光斥力恰巧相反，但两种作用力皆与距离的平方成反比。对于一般的物体，太阳引力占尽优势。可是对极微细的粒子，太阳斥力的作用为何竟凌驾太阳的吸力呢？

如要解释这点，我们可利用物体下坠的情况作比喻：两件物体的表面积不同，所随的空气阻力便不同，表面积愈大，所受阻力愈大，下坠之势愈慢。辐射压力对微小粒子的作用，与此类似，因为质粒愈小，表面积对于其重量便愈大。举例说明，假设一正方形物体，体积为1立方厘米，质量1克，表面积则是6平方厘米；如从中切开，分成两个相同的长方体，则质量每个是0.5克，而每个长方体的表面积则为4平方厘米，两个长方体的表面积总和为8平方厘米，比本来的整体表面积相对量就愈来愈大，因此微小粒子的表面积相对质量面言就很大，所随的斥力就极显著：只要质点的直径等于1微米，太阳斥力与引力便得到均势；质点再小一点，太阳斥力便大于引力。因此，太阳辐射压力就成为推斥彗星的一种作用力。

自发现太阳辐射对彗星的推斥力后，不少科学家都应用太阳辐射压力来解释彗尾，可惜结果并不圆满，他们不能解释何以Ⅰ型彗尾的加速度那么高。引起这个问题的就是1980年出现的莫尔豪斯彗星（Morechouse’s Comet），它竟抛射出速度达每秒30千米的物质，此点并不能应用太阳辐射压力来解释。直至发现了太阳风（solar wind）才找到合理的答案。

何谓太阳风呢？根据火箭及人造卫星的探测，发现太阳除不断发出光与无线电波等辐射外，还抛出大量的带电微粒。这些微粒包括由太阳大耀斑区抛出的快速微粒流、太阳碰区抛出的慢速微粒流及由日冕向太阳四周膨胀的等离子体，它们统称微粒辐射。由于太阳作用于日冕气体上的吸引力不能平衡微粒辐射的压力，因此日冕不可能处于静止的状态，而是稳定地向外膨胀。热电离气体粒子不断地从太阳向外流出，形成太阳四周释出的连续微粒流。由于微粒流好像是从太阳不停地向外吹出的风，所以称为太阳风。太阳风的平均速度是每秒300～500千米，对彗星造成强大的推斥力，而彗尾的高加速度亦得以解释。太阳辐射及太阳风就是促成彗尾形成的两股原动力，故此彗尾要接近太阳时才出现，但却永远背向太阳。

彗星与恐龙的灭绝

地球上至今最成功的一种动物要算是恐龙了。恐龙雄踞地球有1亿年之久，种类繁多，水里、空中和陆地都有它们的踪迹。恐龙在中生代极之繁盛（中生代，即距今1亿8100万年至距今6300万年的一个地质年代），而恐龙在中生代末期时绝种，从地球表面消失。差不多同一时期，地球上所知动植物种类，也有一半灭绝。这样数量庞大的生物灭绝，发生在很短的时间之内，自然引发起各种不同的猜想和假设。有人认为，恐龙绝种可能是因为它们已过度发达，身躯体积和神经系统不相称，使它们反应迟钝、觅食困难，更要面对当时出现的较小、较灵活的哺乳类动物。有人认为，当时部分恐龙所依靠维生的植物，进化成开花植物，恐龙适应不了，终致饿死。这个物种大量灭绝的时期，正好是中生代的白垩纪（Cretaceous Period）和新第三纪（Tertiary Period）之间，所以又称C-T灭绝现象（C-T Extinction）。无巧不成书，在这个远古的年代，地球的岩层里，夹上了一层不薄的红棕色黏土。地质学家在世界多个地方，例如意大利、法国、突尼斯、丹麦和新西兰，都能找到这种夹在白垩纪和第三纪的岩层之间、质地较细的黏土，而从这层黏土的厚度，估计这层黏土沉积而成的时间并不长，只在以百年计的时间内便形成了。美国一位物理学家艾弗里斯（L.Alvarez）和他的地质学家儿子，假设这层黏土的来源，并非地球物质沉积而成，而是当时连续不断落到地球表面的一些微陨尘。假如他们的假设成立，这层红黏土里铱（Iridium）的含量，应比地球其他岩石要多。分析结果证实，这层黏土里铱的含量，比其他地质的岩石，高出30～160倍等。这项结果支持了艾弗里斯的假设，即这层沉积物来自太空而非地球。

不断沉降地面的微陨尘，又怎样能导致当时地球生物，包括恐龙的大量灭绝呢？科学家初步提出的答案，是将那些铱带到地球的不是微陨尘，而是一个体积庞大的物体，一如现今我们所知的小行星。这一颗小行星和地球碰撞，冲击起大量尘埃，遮天蔽日，令到晨昏颠倒，生态失去平衡，甚至使地轴倾斜角度改变，以致气候巨变。如果我们单要解答的问题，是恐龙为什么会消失，或许可以采纳恐龙过度发达、或恐龙蛋给纤小灵巧的哺乳类动物吃光等等的理论，可是当我们发现连当时白垩纪末海底的物种也消失净尽时，就难免对上述理论提出质疑。只有一种全球性的灾难，才能留下这样深远的影响，而科学家相信，一颗撞落地球的小行星，就是理想的答案。

有些科学家却有不同的见解，他们手上更有古生物学和化石作证据。他们认为大规模物种灭绝是周期性的，而这周期大约为3000万年。美国两名科学家，追查过去2亿5000万年间600种海洋生物的演变和灭绝，发现每隔2600万年，海洋生物中便出现一次大规模的绝种现象。既然每隔一段时间，地球上的生物便遇到一次灾劫，有什么自然现象，可以解释这个周期性呢？

上面提过小行星撞击地球，破坏生态平衡，导致恐龙绝迹。但是飞近地球而体积庞大的小行星不多，况且要使它带来的铱，分布在地球各处，这个撞击地球的物体，假如有5～10千米的直径，也要以每秒60千米的高速撞击地面，小行星在运行时并没有这样高的速度。科学家于是将注意力转到彗星。

彗星源于何处？早于20世纪50年代，荷兰天文学家奥尔特（J.Oort）已经提出彗星云的学说。奥尔特统计过彗星的轨道，认为离太阳5万个天文单位处，有一个好像壳一般包围着太阳系的彗星云，里面有大约千亿个彗星的核心，这些彗星的核心受到其他星的引力扰动，便会脱离彗星云，有些会飞向太阳，让我们见到，有些则可能消失于星际空间。为了解释物种灭绝的3000万年周期性，科学家提出一个类似的假设：在奥尔特的彗星云和冥王星之间，有一个藏量更丰富的彗星云，里面有1万亿个彗星体，只要受到骚扰和适当的推动，便会“跌”入太阳系内部，有些彗星的轨道，假如是和地球相切，便会有机会变成轰击地球的太空炸弹。

假如真有这样一个彗星云，比奥尔特推论的那个更为接近我们，有什么因素可以使彗星云里的彗星，脱离稳定的轨道而飞进太阳系的内部、撞击我们的行星、引起广泛的破坏呢？这里，科学家提出了两个可能的答案来交代使彗星脱离彗星云的引力扰动：一是一颗又小又暗的红矮星、二是质量要比太阳大1000到1万倍的星际云。第一个答案中的红矮星，环绕太阳公转，转一圈要2600万年，当最接近太阳时，足以扰动彗星云里的彗星，使大量彗星在短时间内飞入太阳系的内部。第二个答案中的星际云，位于我们这个银河系平面，太阳系运行到这星际云25光年处时，彗星云里面的彗星，受到星际云引力的扰动，也会飞到太阳系的内部，而太阳系每3300万年，便穿越银河平面一次。不过在这里，科学家也谨慎起来，原因是上述的两个可能性，是假设上的假设：这两个可能性是用来解释彗星怎样从彗星云释放出来，而彗星本身，也是一个假设。至于那颗扰动彗星云的红矮星在哪里，或是那堆质量庞大的星际云如何让我们观测到，都是有待解决的问题。

无论是小行星或彗星，无论是否有这个约3000万年的灭绝周期，要是真有一个小彗星撞击地球，其破坏力之巨是毋庸置疑的了。中生代的恐龙，或许真的见过这样一个可怖的景象：一颗彗星，已经非常接近地球，从表面上看，大到遮盖了半边天空。彗星和大气层磨擦，发出眩目的光芒，迅即击中远古地球其中一个海洋。在慧星落点的海水，立即化为蒸气，并且剧烈膨胀，发出轰然巨响；海水被激起数十米高的海啸巨浪，向四方八面汹涌奔去。而撞击产生的空气激波，也随之而至，海洋近岸的动物植物，不被海啸卷走，就是被空气激波震死。一个巨大的蘑菇云，慢慢在大气层上升，因为撞击而解体的巨星，其物质化成微细的颗粒，随着这个蘑菇云升上大气层高处，而撞击产生的地震震波，也从撞击点环绕地球传播开去 。撞击点附近几百千米，开始刮起强风，同时受升起的尘埃水气遮掩，暗无天日，大风夹着雨点和冰雹，横扫大地。几日之后，环境似乎开始稳定下来，但大气层里尘埃微粒大量增加，天空变得灰暗。数星期内，微尘随着大气层的气流，弥漫开去，逐渐平均地分布在大气层中。水气以微尘为核心积聚，积成厚厚的云层和长期而且大量的降雨。

从太空回望，这时的地球，见不到陆地海洋，只呈现白茫茫的云海，且全无缝隙，云顶反射太阳光，使地球成为耀目的行星。但在云层之下，地面上和海洋，生物开始和阳光隔绝。植物没有阳光，慢慢凋萎；素食动物失去了粮食来源，大量饿死；食肉动物也只有在一片漆黑里觅食，水栖动物也窒息而死。只有那些依靠植物腐烂的残渣为食物，或机巧灵活而逃过被同类捕食的动物，才可以幸存世上。生物界的面貌，就这样来一个彻底的改观。当太阳的光线在数年后再次穿过云层，射到大地和海洋时，微不足道的哺乳动物，已经完全取代了曾经称霸一时的恐龙的位置，成为地球生物界的主宰。

有关慧星的传说和记载

中国民间将慧星叫作“扫帚星”。“慧”字在中国语言中有扫帚的含意，在古希腊人的语言中有“毛发”的含意。

世界上公认中国是对慧星观测和记录最早的国家。中国古书《淮南子·兵略训》中记录了公元前1057年的一次慧星，它就是后来被命名为“哈雷”的慧星。1973年，从中国湖南长沙马王堆的一座汉朝的坟墓内，出土一幅慧星图，图上画有29种慧星，形状和名字都离奇古怪。中国的《史记》、《文献通考》等古书，也记录过公元前240年这颗慧星的出现。《宋史》曾用166个字记载了它在1066年回归时的情况。从公元前1057年至公元1986年，哈雷慧星回归了41次，中国除了有早期的3次记录外，还有从公元前240年往后的全部30次记录。

1066年慧星出现时，欧洲发生了海斯丁大战。诺曼底公爵威廉起兵攻打英格兰，英格兰国王哈罗尔率军抵抗然而战败，威廉在英国伦敦登上皇帝宝座。欧洲人把这次战争和慧星联系起来，说威廉是在这颗慧星的引导下攻入英格兰的。威廉皇后还亲自织了一幅彩色的绣图，图上绣着一群人，当中一人用手指着慧星，回头告诉众人，神态失常，举止惊慌；右边绣着一个大臣在向哈罗尔国王告诉慧星出现的事，国王则在宝座上惊惶不安。这幅绣图至今还保存在法国巴耶城的博物馆里。英格兰的国王则在皇冠上铸上一颗慧星的花纹，据说是为了牢记这次战败。

彗星的起源

彗星的起源是个未解之谜。有人提出，在太阳系外围有一个特大彗星区，那里约有1000亿颗彗星，叫奥尔特云，由于受到其它恒星引力的影响，一部分彗星进入太阳系内部，又由于木星的影响，一部分彗星逃出太阳系，另一些被“捕获”成为短周期彗星；也有人认为彗星是在木星或其它行星附近形成的；还有人认为彗星是在太阳系的边远地区形成的；甚至有人认为彗星是太阳系外的来客。因为周期彗星一直在瓦解着，必然有某种产生新彗星以代替老彗星的方式。可能发生的一种方式是在离太阳105天文单位的半径上储藏有几十亿颗以各种可能方向绕太阳作轨道运动的彗星群。这个概念得到观测的支持，观测到非周期彗星以随机的方向沿着非常长的椭圆形轨道接近太阳。随着时间的推移，由于过路的恒星给予的轻微引力，可以扰乱遥远彗星的轨道，直至它的近日点的距离变成小于几个天文单位。当彗星随后进入太阳系时，太阳系内的各行星的万有引力的吸力能把这个非周期彗星转变成新的周期彗星（它瓦解前将存在几千年）。另一方面，这些力可将它完全从彗星云里抛出。如果这说法正确，过去几个世纪以来一千颗左右的彗星记录只不过彗星是巨大彗星云中很少一部分样本，这种云迄今尚未直接观察到。与个别恒星相联系的这种彗星云可能遍及我们所处的银河系内。迄今还没有找到一种方法来探测可能与太阳结成一套的大量彗星，更不用说那些与其他恒星结成一套的彗星云了。彗星云的总质量还不清楚，不只是彗星总数很难确定，即使单个彗星的质量也很不确定。估计彗星云的质量在10-13至10-3地球质量之间。