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看《星你》学天文2——太阳系搭便车指南

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发表于 2014-3-1 01:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 马褂 于 2014-3-1 08:28 编辑

热播韩剧《来自星星的你》终于播完了,但与之有关的细节和回味还会延续很长时间。

我对剧中涉及天文的细节又有了一些新的挖掘,在此提取出来与各位朋友分享。这次讨论都叫兽遨游太阳系的方式。

本剧一开始,叫兽走在大街上,看到有个新闻说有颗大彗星ison即将到来。后面又提到这颗彗星解体,另一颗名为迪萨乌斯的彗星将光临地球。在第17集,叫兽说他们星球的技术可以改造彗星,他们的飞船从母星飞来,到了太阳系后搭彗星的便车飞到近日点,然后飞船再登陆地球。

估计很多朋友对彗星的了解得不多,我简单介绍以下的一些内容:
彗星到底是神马东西?它在天空如何运行?能否将彗星改造为遨游宇宙的工具?

【1、彗星是什么?】
彗星是一种很有趣的天体,它出现在天空时形状差不多是这样:
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(百武彗星路过地球,图片来自APOD)

在中国古代的文言里称彗星为星孛。在民间则叫它扫帚星,因其有长长的尾巴,形似扫帚而得名。在国外,它被视为长了一头飘逸的长发,因此被称为发星。

古人看到彗星出现,觉得秩序井然的天宫里有这样的另类很不顺眼(可能和很多现代人看到杀马特的第一感受比较类似),可能是担心会把其它星星扫下来(或者其它各种诡异的联想),总把它与战争、饥荒、瘟疫等灾难联系起来。

到了牛顿老师站在巨人的肩膀上观看世界的年代,他的好基友哈雷老师考察了历史上对彗星的记录,认为其中有几条记录是同一颗彗星反复出现的效果。经过辛苦计算,他得出了这颗彗星将于1758年再次回归的预测,后来真的应验了。
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“彗星回归的确认,首度证实了除了行星之外,还有其他的天体绕着太阳公转。这也是牛顿天体物理学最早成功的预测。”
(爱德蒙·哈雷Edmond Halley,图片及引文来自维基百科)

随着更多的彗星轨道被计算出来,对彗星的组成物质的研究也不断开展,现在对它的认识是:

彗星是太阳系中常见的天体。其它行星绕接近正圆的轨道绕太阳旋转,但绝大多数彗星的轨道都是非常扁的椭圆形,或者是抛物线、双曲线。这些轨道的一端非常接近太阳,可以跑到水星轨道以内,远端则长长地甩出海王星冥王星轨道之外。它们绕行公转轨道一周的时间短至数年、数十年;长至上千上万年。
(叫兽搭乘的彗星周期只有400年还算不错了,要是搭乘百武彗星而耽误时辰,他得从石器时代开始苦熬)

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(图片来自网络)

彗星们本身是一个个脏雪球,主要由碎冰、石块和尘埃组成,还有冻结的一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氨等,甚至还有包括长链的烃类和氨基酸在内的有机物,这被称为彗核。

它运行到太阳内侧时,受到加热和光压,开始挥发。挥发出的物质围绕在彗核周围形成一团大气,这被称为彗发。

随着光压和太阳风的吹拂,更多的颗粒、气体和离子在其身后远远甩开,形成长长的彗尾。有的大彗星彗尾可长达数亿公里,相当于太阳到火星轨道那么长,还有的彗星能形成多条慧尾,蔚为壮观。
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(海尔波普彗星,多条彗尾的形象非常明显,1997年,图片来自网络)

但是,这些挥发出来的物质却很稀薄,地球上一般的实验室里制造出的“真空”所含的物质都会比它多,所以不用担心它会磕碰到啥。

1910年5月,哈雷彗星刚经过地球的轨道不久,地球和月亮就一头扎进了它的尾巴里,当时欧洲很多人担心这会给地球带来毒气什么的(防毒面具和口罩商们可能借此发了笔大财吧)。不过事实上什么危害都没有发生,连PM2.5都没有爆表(假如那时候也有监测的话),地球又毫发无损地钻出来了。可见彗尾虽然气势恢宏,耀眼夺目,但却外强中干,是个银样镴枪头。

不过彗星的本体还是很有材料的,那就是水。在地球刚形成的早期,彗星的撞击很多,由此给地球带来了巨量的水。可谓是起到了大自然的搬运工的作用,为地球孕育生命立下了汗马功劳。

另外,彗星本身结构比较松散,在轨道上运行时,沿途会撒播一路碎渣子,当地球路过这些渣子的时候,就会把它们吸入大气层并燃烧,形成流星雨。这给现在的很多电视剧和青年男女带来温馨和浪漫的场景,继续为地球孕育生命立下汗马功劳。

【2、彗星的运行】
要想搭便车,就得搞清车次航班。彗星们什么时候光临地球?

这个问题问得其实并不严谨。人们能看见的彗星,不一定离地球近。彗星是个天体,它是否发光,不需要跟地球发生什么关系。本剧开篇所提到的ison彗星,早在它到达近日点之前的一年也就是2012年底,还在木星轨道之外时就已被发现。

也正因此,同一时刻的天空中并不只有一颗彗星。统计资料显示,特别明亮的彗星大约每10年有一颗,其它的亮度就一般般,需要借助仪器观测才能看见。比如去年11月18号,ison到达近日点之前的十余天,我去郊区山上观测,当时能用小型望远镜看到的其它彗星至少还有3颗。但一般人的肉眼聚光能力不够强,看不到暗彗星(聚光能力的问题可详阅我在上一个帖子《都敏俊的望远镜》中的介绍)

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(ison彗星在到达近日点前,与室女座主星角宿一的合影,这张是我拍的)

因此,说某颗彗星光临地球,并不是紧挨着地球的意思。即使天文学家们说“很近”,那距离至少也有数百万公里,距离上亿公里更是家常便饭了。它不会等到距离地球最近那一天才光芒四射,事实上这是一个延续数十天的过程。

在本剧大结局中,迪萨乌斯彗星不但真的与地球擦肩而过,还带来了一场流星雨,那倒可能是真的够得上“光临地球”。叫兽母星的飞船搭这趟便车可以少飞数亿公里,这省了不少油钱吧?

【tips1:彗星运行的视觉效果和流星有极大的差别】
流星是小颗粒进入地球大气层燃烧而产生的光芒,它们的速度很高,biu地一下就烧没了,往往连半秒钟都不到。
而彗星虽然速度也很高,但远在数亿公里之外,所以移动效果并不明显。如果你看到天上有个类似扫把状的长条,在几分钟内就看到它发生了明显的移动,那它肯定不是彗星。

比如我有天早上外出看金星,在日出之前看到这样一个“彗星”:
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用长焦镜头拉近了一看其实是这样的:
xn207.JPG

不过是飞机的尾迹反射着太阳的光芒而已。当太阳还未升出地平线的清晨,或者刚刚落下的傍晚,经常会看到这样的场景。

【tips2:要搭便车,得注意别搭错车】
有很多天文爱好者以搜索彗星为乐,在此不得不提到著名的彗星猎手:法国天文学家查尔斯·梅西耶老师(Charles Messier,1730—1817)。

梅老师自幼喜欢天文。1758年底,他为了验证哈雷老师预言的那颗彗星的回归,开始搜寻夜空,结果发现了另一颗彗星(RP好到爆表有木有)。1769年,梅西耶在白羊座附近发现了大彗星,因此成为瑞典皇家科学院的外籍院士。次年,他又发现了一颗彗星,并成为了法国科学院的正式成员。终其一生,他总共发现了13颗彗星。
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(查尔斯·梅西耶Charles Messier,图片来自维基百科)

不过梅老师更出名的业绩在于:在长期的猎彗历程中,为了防止将彗星和其他看起来很模糊的天体混淆。他从1764年初开始制作一张彗星和星际间朦胧天体的列表,把容易混淆的星系、星云和星团列入其中,这个列表多次扩充,最后被列入的天体有110个,编号为M1~M110。——为后人避免搭错车提供了很大帮助)。
在《星你》第16集中,叫兽借望远镜之威力收服千弟,提到的仙女座星云也是这个列表上的天体之一,编号为M31。

时至今日,这些被称为“梅西耶天体”的深空天体依然是广大天文爱(收)好(集)者(控)所热衷的观测对象和摄影目标。除了按图索骥去观察这些天体之外,还有个“梅西耶马拉松”的活动,让观测者在一夜之间寻尽列表上所有的天体。这要求差不多平均5分钟就要寻找定位到一个,观测难度和强度都很大,得对星空了如指掌才成。

【3、能将彗星改造为遨游宇宙的工具吗?】
以人类目前的科技水平来说,这一点还不现实。首先说说彗星的命运:

● 不是所有的彗星都能再次回归近日点,有的彗星走的双曲线或者抛物线轨道,来过一次以后就再也回不来了。
● 有的彗星会一头撞到太阳上,或者在距离太阳很近的地方被烧成渣渣,比如那颗倒霉的ison彗星,在掠过近日点时被太阳烧到解体,虽然其残骸硬闯过去,但已无法达到预测中“超过满月的亮度”。
● 有的彗星受到天体的潮汐力拉扯,彗核会分裂成好几块。比如比拉彗星(3D/Biela),它于1772年被发现,到1846年,该彗星被发现分裂为两块碎片,分别有各自的彗发和彗核。1852年双双返回,却相差240万千米,形状和大小没有太大变化,但是成为两颗彗星,之后则再没有发现踪影。
● 有的虽然在近日点没受到太大影响,但是途径木星土星这俩巨无霸时又会被吸引而发生改变轨道、分裂等情况。
比如苏梅克-列维九号彗星(Shoemaker-Levy 9, SL9, D/1993 F2),它于1993年发现,根据电脑计算其轨道结果显示,它在1992年路过木星附近时,受到强大的引力而分裂为21个小碎块,并改为绕木星运动,到1994年7月16日,这趟列车的21节车厢陆续坠入木星大气层,撞击的威力相当于20亿颗原子弹爆炸。这是人们首次直接观测的太阳系天体撞击事件。
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(彗木相撞之前,被扯成碎片的苏梅克-列维九号彗星,哈勃于1994年5月17日拍摄,图片来自维基百科)
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(木星挨撞后的痕迹,图片来自网络)

即便这些问题都不发生,按彗星那种走一路撒一路,来一次脱层皮的风格,它的体积也是逐步减小的。比如1818年发现的恩克彗星,它是第二颗被计算出轨道且按预言回归的彗星,因为周期很短,仅为3.3年,所以消耗得很快(不作死就不会死的节奏啊!)。发现时的亮度为5等,现今已无法用肉眼观测,一般也不再有彗尾产生。

总之,真的要像都叫兽的母星那样把彗星改造成星际列车,至少需要:
1、能控制彗星不分裂;
2、能控制彗星远离大行星避免被吸附,而且要走椭圆轨道才能再次回返;
3、尽量减少挥发,这样可以多飞几次;

人类对彗星的操控现在刚处于起步阶段,还远远达不到以上的要求。近几年比较有名的操控彗星事件有两项:

2005年,美国人搞了一个“深度撞击”实验,放出一个探测器去撞名叫坦普尔1号的彗星(不过实际效果是放出的探测器预知彗星轨道,而在前面跑,等着彗星飞过来撞上)。相当于我们看到一颗机关枪子弹飞过来,射出一颗步枪子弹去打它。在茫茫太空中所要求的精度非常之高,堪称“百万步穿杨”。最后实验成功,探测器被彗星以30公里/秒的速度从身后追来撞个正着,打出内核潜藏的物质供地面观测站进行研究。

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(深度撞击示意图,图片来自网络)

另一个项目是欧洲航天局的登陆彗星,他们于2004年发射了一个“罗塞塔”探测器,追踪一颗“楚留莫夫-格拉希门克”彗星并在彗核上着陆。经过十年的飞行,今年一月份已经接近了目标(按天文学家的概念,这个“接近”是指900万公里的距离)。

预计今年5月份到达彗星200万公里的距离,8月份接近到25公里,对彗星进行围观,并在11月11号光棍节的时候放出登陆器接触彗星本身。这个和深度撞击那样硬撞不一样,要求在彗星上软着陆,对其物质进行采样分析,此后,着陆器将贴在彗核上,与其一同飞过太阳近旁,“亲眼目睹”彗核物质如何在阳光作用下蒸腾喷发。

如果这个实验能达成目标,那预示着人类朝着太阳系搭便车的方向上又大大前进了一步!

回想起来,距离第一次计算出彗星轨道还不到300年,人类就已经能登陆彗星了。也许再经过同样或更短的时间,人类真的就能像都叫兽那样,可以搭乘彗星作为遨游太阳系的便车了。真是有点小激动呢!

遗憾的是我们这一代人寿命有限,没法活到那个时代了,还是来欣赏一些漂亮的彗星图片,感受一下大自然的壮丽吧!

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(C/2012 S1 ison彗星(左侧小绿杠)、火星和轩辕十四,图片来自spaceweathergallery)
这张照片为2013年10月14日所拍,ison抵达近日点之前一个半月,彗核挥发得还不算显著

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(C/2011 L4泛星彗星(右下)、C/2012 F6莱蒙彗星(中)和麦哲伦星云(左上)以及两道彗星之间有颗流星 图片来自http://t.cn/zYn0215

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(C/2011 W3 Lovejoy彗星,图片来自果壳网)
网友@贾大耗子 的《万里澳洲追彗星后记》中的自拍,原文链接:http://t.cn/SizHk4

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(C/2006 P1 麦克诺特彗星,图片来自APOD)

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(C/1975 V1 West彗星,图片来自网络)

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本帖多处内容、观点、数据和图片摘自《大众天文学》、《天文爱好者》、《中国国家天文》、维基百科、百度百科、牧夫天文论坛、果壳网、APOD等书刊杂志和网络资源,未及详列,深表感谢。

请各位达人多加指点,谢谢!

发表于 2014-3-1 12:41 | 显示全部楼层
好文,,,收藏!!
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发表于 2014-3-1 12:58 | 显示全部楼层
很不错的帖子,顶一个!!!!!!辛苦了!!!!!!
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发表于 2014-3-1 14:29 | 显示全部楼层
本帖最后由 BlackEyeGalaxy 于 2014-3-1 14:41 编辑

挺不错的,那部电视剧很多细节在天文学里是没有的,比如行星编号出错等。

点评

嗯,感觉里面除了说ison解体、牛反的极限星等聚光力和阿塔卡玛沙漠这三件事之外,其它关于天文学的都是错的  详情 回复 发表于 2014-3-1 19:57
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 楼主| 发表于 2014-3-1 19:57 | 显示全部楼层
BlackEyeGalaxy 发表于 2014-3-1 14:29
挺不错的,那部电视剧很多细节在天文学里是没有的,比如行星编号出错等。 ...

嗯,感觉里面除了说ison解体、牛反的极限星等聚光力和阿塔卡玛沙漠这三件事之外,其它关于天文学的都是错的

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发表于 2014-3-1 20:41 | 显示全部楼层
BlackEyeGalaxy 发表于 2014-3-1 14:29
挺不错的,那部电视剧很多细节在天文学里是没有的,比如行星编号出错等。 ...

电视剧就是电视剧,就像港剧以前在片头都打出本片纯属虚构,如有雷同,纯属巧合。国产电视剧好多地名和车牌也是虚构的,什么江城,海城,车牌就是江A、海A…
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majesty_chen 该用户已被删除
发表于 2014-9-3 17:30 | 显示全部楼层
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
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发表于 2015-3-11 00:00 | 显示全部楼层
好文,收藏!!路过学习了
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发表于 2015-3-11 02:41 | 显示全部楼层
除非飞船需要隐蔽自己不被人类发现,或者需要从彗星汲取水或者其他物资,否则飞船完全没有必要搭这个便车。搭这个便车并不会少飞行多少距离。飞船到达某颗彗星附近并保持和彗星速度相同,假如没有这颗彗星,飞船当即关闭所有动力在太空中飘荡,飞船还是会沿着这个彗星的轨道进入太阳系内部到达地球附近。

点评

只是借话题介绍一下彗星而已啦,不是真的想搭便车 :)  详情 回复 发表于 2015-3-12 20:05
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 楼主| 发表于 2015-3-12 20:05 | 显示全部楼层
rogerw 发表于 2015-3-11 02:41
除非飞船需要隐蔽自己不被人类发现,或者需要从彗星汲取水或者其他物资,否则飞船完全没有必要搭这个便车。 ...

只是借话题介绍一下彗星而已啦,不是真的想搭便车 :)

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发表于 2015-3-14 09:41 | 显示全部楼层
写的非常好,思路清晰,语言诙谐。。。很赞!
"为男女青年提供浪漫,继续为创造生命作贡献"。。。呵呵,我笑了!
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发表于 2015-3-14 22:05 | 显示全部楼层
彗星中有石块吗?
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