看《星你》学天文2——太阳系搭便车指南
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：
（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。
“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）
（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。
（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）
（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”：
用长焦镜头拉近了一看其实是这样的：
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。
（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。
（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）
（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。
（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！
（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
（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）
（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
（C/2006 P1 麦克诺特彗星，图片来自APOD）
（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！
好文，，，收藏！！ 很不错的帖子，顶一个！！！！！！辛苦了！！！！！！ 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。 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{:5_282:}
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…
好文，收藏！！路过学习了 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。
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 ：）
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！ 彗星中有石块吗？
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