慧星

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基本信息

品种名称：彗星

品种类别：天文学 2001年8月发现的尼特彗星

特征特性

慧星的轨道周期范围也很大，可以从几年到几十万年。短周期的慧星来自超越至海王星轨道之外的柯伊伯带，或是与离散盘有所关联。长周期慧星被认为起源于太阳系外缘，迄今仍是虚拟的球壳状的奥尔特云。长周期慧星可能是受到太阳系外侧的大质量行星（木星、土星、天王星和海王星），或是恒星经过时的引力摄动，而朝向太阳前进。罕见的以双曲线轨迹进入内太阳系的慧星，是之前被抛入星际空间的，则只会穿越太阳系一次。来自太阳系外，在银河系内可能是常见的系外慧星也曾经被检测到。

慧星和小行星的区别只是有无慧发或慧尾的存在。然而，熄火慧星已经经过太阳许多次，几乎失去了它们所有的可挥发的冰和尘埃，因而可能就变得和小的小行星一样。小行星的起源被认为和慧星不同，是在木星轨道内侧，而不是在外太阳系形成的。主带慧星和活跃的半人马小行星的发现，已经使得慧星和小行星之间的区别变得模糊不清。

截至2011年1月已经有4,185颗已知的慧星，其中大约有1,500颗是克鲁兹族慧星和大约484颗短周期慧星，而且这个数量还在稳定的增加中。然而，这只是潜在慧星族群中微不足道的数量：估计在外太阳系的储藏所有类似的慧星体数量可能达到一兆。心管绝大多数的慧星都是晦暗不明的，但平均大约每年可以看见一颗肉眼慧星，特别明亮或显著的慧星会被称为大慧星。

物理性质

慧星由慧核、慧发和慧尾组成。慧核和慧发构成慧头。

慧核

已知慧星的慧核尺寸范围从100米至40公里。它们的组成包括岩石、尘埃、冰、和冻结的气体，像是一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氨。由于它们的质量都很低，慧核不会成为球形，因此有着不规则的形状。

它们通常被形容为"脏雪球"，然而最近的观测显示有着岩石或尘埃的表面，而冰是隐藏在地壳之下。慧星还包含各种的有机化合物，除了前面已经提过的气体，其中可能还有甲醇、氢氰化物、甲醛、乙醇和乙烷，也许还有更复杂的分子，例如长链的烃类和氨基酸。在2009年，NASA在星尘任务带回的慧星尘埃中发现甘胺酸。在2011年8月，NASA以在地球上发现的陨石为基础，发表的研究报告指出，DNA和RNA的成分 (和有机分子关联的腺嘌呤和鸟嘌呤) 有可能是在外太空的慧星和小行星上形成的。

出人意料之外的是，科学家发现慧是太阳系中反射率最低的天体。乔托号太空探测器发现哈雷慧星只反射出照射到表面4%的阳光，而深空1号也发现19P/包瑞利慧星的表面只反射2.4%至3.0% 照射到的阳光；相较之下，沥青能反射照在它表面上光线的7%。一般认为，黑暗的表面物质是复杂的有机化合物。太阳的热驱散了挥发性成份，留下了较重的长链有机物，表面有如焦油或石油一般的黑暗。非常黑暗的慧星表面使它能吸收驱动释气所需要的热。

慧发和慧尾

2007年的17P/霍姆斯慧星在右边显示出蓝色的离子尾。

在太阳系的外缘，慧星依然在冰冻的状态时，由于体积很小，因此很难甚至无法从地球上观测到。来自哈勃太空望远镜的观测，提出在柯伊伯带内不活跃慧核的统计报告，但是这些检测不但受到质疑，并且无法独立验证。随着慧星接近太阳系的内侧，太阳辐射导致慧核内部物质的挥发和流出，并带走慧星尘。流出的尘埃和气体在慧核周围形成巨大但极为稀薄的大气，称为慧发；太阳的辐射压和太阳风施加在慧发上的力使巨大的慧尾得以形成，而慧尾的方向背向着太阳。

当一颗慧星穿越内太阳系时，慧发和慧尾都会被太阳照亮，灰尘会直接反射阳光，而电离的炙热气体则发初辉光，因而能够从地球上观测到。大多数的慧星依然很暗淡，仍必须借助于望远镜才能看见，但是每十年中总会有几颗亮到用裸眼就可以直接看到的慧星。偶尔，一颗慧星可能会发生巨大与突然的释出气体和尘埃，使慧发突然的增大和增亮。在2007年的17P/霍姆斯慧星就曾发生这种现象。

流出的气体和尘埃各自形成指向略有不同的尾巴。尘埃组成的慧尾往往是拖在慧星轨道的后方，形成弧形的慧尾，称为第二型尾或尘埃尾。同时，由气体的带电离子组成的第一型尾，比尘埃更容易受到辐射压和太阳风的影响，受到磁场线的作用远比轨道的抛射强大许多，因此总是比直的背向着太阳。在有些场合，会看见一条与尘埃尾和离子尾指向相反的短尾——称为慧翎或反尾。在过去曾经以为这有点神秘，但这显然只是由于观测角度造成的尘埃尾投影所形成，已不再有困惑了。

虽然固体的慧核直径一般都小于50 km ，但是慧发可能比太阳更大，同时也曾观察到长度超过1天文单位 (1亿5,000万公里) 甚至更长的离子尾。对慧翎的观测则对太阳风的观测有着重大的贡献。离子尾的形成是太阳的紫外线辐射作用在慧发的光电效应所造成的结果。一但有粒子被电离，它们获得净正电核，反过来在慧星周围引起"诱导磁层"。慧星和其诱导磁层对要随着太阳风流出的粒子形成障碍，但由于太阳风相对于慧星的轨道速度是超音速的，会在太阳风流动的方向，在慧星的上游形成弓形震波。在弓形震波，聚集了大量被浓缩的慧星带电离子 (称为拾取离子，"pick-up ions")，并且进行"负载"电浆和太阳磁场，这样的场线"披盖"在慧星的周围形成了离子尾。

如果离子尾的负载已经足够了，则磁场线会在那个点上挤在一起，在延着离子尾的某个距离上会发生磁重联，这会导致"尾断离事件"。这种现象已经被观测到好几次，在2007年4月20日就有一次值得注意的事件，当恩克慧星的通过日冕物质抛射的时候，它的离子尾就完全的被截断了；日地关系天文台观测到了这次的事件。

在1996年发现慧星也辐射出X射线。这令天文学家大吃一惊，因为X射线辐射通常与非常高温的天体联结在一起。这些X射线是与太阳风的交互作用生成的：当慧星通过高电荷的太阳风时，离子会飞过慧星的大气层，它们与慧星的原子和分子发生碰撞，以被称为"电荷交换"的过程"偷"走一个或多个电子。这种交换或是会转换一个电子给太阳风中的离子，随后引发离子退激发至基态，导致X射线和远紫外线光子的辐射。