| 面对未知的宇宙， 人类永远是个好奇的孩子。  “不得了，天文知识增加了！”【第17期】 Q1： 小洋人【提问】如果某一天，当我们知道某一颗星将要撞击地球，那么科学家们会有什么办法呢？A： 一般撞击地球的“星”包括小行星和彗星，二者统称为小天体。当一颗小天体将撞向地球时，科学家们采取何种行动主要取决于小天体尺寸与预警时间。 不同尺寸的小天体对地球危害有所差异。直径大约10千米的小天体曾经将恐龙帝国导向终结，并顺势带走了全地球四分之三的动物物种；直径1米的小天体甚至无法顺利穿过大气抵达地面；而直径几十米及以下的小天体，虽然严重时也可能导致城市级灾难，但限于观测水平，其预警时间通常很短，甚至可能当撞击已经发生人们才意识到它们的存在。此时，由于危害级别并不高，科学家们采取的措施往往是：不采取措施（也有可能是根本来不及）。当然，如果已知的信息足够预测小天体的落点，还是可以对落点附近的居民进行疏散的。  Handle it… / 复仇者联盟：终局之战 直径140米及以上的小天体被称为潜在威胁小天体，此类小天体的灾害效应是不容忽视的，目前针对他们的编目与监测工作也相对完善，根据预警时间的长短，科学家们可以做出下面几种尝试。 若预警时间较长，轨道偏转是主要措施。实现方法有很多种：发射飞行器撞击小天体，NASA “双小行星重定向测试”（DART）任务便是为检验动能撞击效果而制定；利用飞行器与小天体之间的引力牵引小天体；使用高能激光器烧蚀小天体产生反作用力；利用飞行器的离子推进系统推动小天体；甚至给小天体安装一个发动机带它离开。总体而言，此类方法的本质都是改变小天体的速度，使它偏离原本撞击地球的轨道。  双小行星重定向测试示意图 / NASA 不过，小天体的动能极高，以上方法往往需要至少10年才能够起到足够的偏转效果。面对小天体撞击威胁，人类能够采取的措施仍然相当有限，尽可能观测和编目小天体才能赢得足够的预警时间。 【智能（zhàng）机器人：不活了……】 Q2： unique【提问】彗星的尾巴是什么东西？如果彗星尾巴是来自彗星本身的某些物质，那彗星会随着这种消耗越变越小吗？A： 这是2020年夏季最受瞩目的新智彗星。照片中可以清晰地看到彗星的两条尾巴 - 白色的尘埃尾和蓝紫色的离子尾，彗核就处在彗星结构前端最亮的位置，周围包裹着彗发。  新智彗星 / 见水印 彗核一般由水冰、尘埃、冻结的气体（如二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨等）以及岩石组成，被“亲切地”称呼为“脏雪球”。 当彗星轨道接近太阳时，彗核中的挥发性物质（如冰、二氧化碳等）升华，夹带着尘埃颗粒一起流出，这些尘埃和气体包裹住了彗核，组成了极其脆弱的大气层，也就是彗发。在太阳辐射和太阳风的作用下，外围的气体和较小的颗粒尘埃被推到与太阳方向相反的方向，形成彗尾。 当彗星沿着轨道运动时，气体在太阳紫外辐射下被电离，带上了电荷，沿着太阳风携带的磁场方向汇集，形成离子尾。因为是沿着磁场的方向，所以离子尾的方向总是背向太阳。而被推离彗星的尘埃，会散布在轨道附近，在太阳光照射下熠熠生辉，组成了非常明亮的尘埃尾，指向与离子尾不同的方向。有时也会剥离一些碎片，残存在轨道上。（如果地球轨道能够经过这个区域，我们就可以看到流星雨啦。） 彗发和彗尾都是从彗核上剥离出来的物质，冰（水）和尘埃组成了其绝大部分的物质。随着彗星绕太阳的运动，彗核表面的物质不断挥发，耗尽后，彗核只剩下了岩石。有些彗核的岩石中也密封着冰，但是因为不在表面，也就无法挥发出来形成彗发和彗尾。这样的彗星叫做“熄火彗星”，只剩下一点点的彗发或彗尾，观测上也就不那么壮观了。 【智能（zhàng）机器人：彗星：啊，我裂了，我没了……】 Q3： 几豆山【提问】太阳系的边界在哪里？以现在的航天器速度，需要多久才能到达？ A： “太阳系的边界”有很多种定义。最初人们将太阳系最靠外的一颗行星的轨道定义为太阳系的边界，按照这个定义，如今太阳系的边界在海王星轨道（原本应该是冥王星轨道，但是IAU在2006年将冥王星降级为了矮行星，太阳系最靠外行星的头衔就落到了海王星头上），海王星的公转轨道半径约为30个天文单位。  八大行星及冥王星轨道示意图 / 目前已有5个航天器穿越了这个边界，其中最快的是“新视野”号探测器。即便如此，它也花了将近8年时间才完成穿越。 关于太阳系边界的第二种定义是到柯伊伯带，它与处于火星和木星轨道中间的小行星带类似，都由数量众多的小天体构成，只不过它处于海王星轨道的外部。因此，比起后面其他的几种定义，它与我们的距离只比海王星远一点点。  柯伊伯带示意图 / 第三种定义是到日球层顶，这也是太阳的磁场能达到的最大距离。太阳时时刻刻都在向外喷射由等离子体构成的太阳风，由此将星际等离子体排除在外，构建出一片自己的等离子体“势力范围”，地球也身处这个“势力范围”的内部。太阳风粒子遭遇星际等离子体而停滞的边界即为日球层顶了。需要注意的是，这个边界并不是球形的，因此不同方向的日球层顶与我们的距离也不同。日球层顶的前端距离我们约110-120天文单位（由旅行者1/2号测得），而旅行者1号穿越这一边界的时间约为36年，旅行者2号则约为41年。  日球层(heliosphere)、日球层顶(heliopause)与弓激波(bow shock)的示意图 /  目前可能已经穿越日球层顶的航天器以及它们的运动方向 / 目前确定已经穿越这个边界的航天器有旅行者1号和2号，更早发射的先驱者10号和11号由于缺少观测数据无法在事实上确定它们是否已经穿越了日球层顶。 第四种定义是至奥尔特云，这是一个假想的天体概念，目前还未被观测证实。根据猜想，它由一个包着太阳系的球形云团，其中有不少彗星，它们都是太阳系形成之后的“边角料”。它与我们的距离从2000-50000天文单位（0.03-0.79光年）不等。即便如此，按旅行者1号的速度（3.6AU/年），最快也要约500年后才能摸到奥尔特云的内边。  奥尔特云形状的假想图（注意图中比例尺是指数的） / 最后一种定义是太阳引力起主导作用的范围。这个范围很难确定，一般以太阳和除太阳外最近的恒星（比邻星）距离的一半作为这个范围的边界。在这个范围内，相比起其他恒星，天体的运动更容易受太阳的引力影响。这个距离大约为2光年（约12万天文单位）。按上面旅行者1号的速度计算，这个地方至少得在3万多年以后才能到达。 【智能（zhàng）机器人：想出个门真难（瘫）……】 Q4： 王子霖【提问】为什么现在的彗星亮度预测不是很准确，现在的预测方法是什么？ A： 一个天体的亮度通常代表的是它的辐射流量，人眼对光的响应是对数的，因此一般情况下，大家会用星等来描述天体的亮度。（比如全天空中除太阳外最亮的恒星 - 天狼星的星等就是–1.47等）。我们可以先看一下彗星的亮度都跟哪些因素相关。  新智慧星 Comet NEOWISE 摄影 / 申然 彗星主要靠尘埃反射太阳光发光，与太阳的距离越近，亮度越高，亮度与距离的平方成反比。除了尘埃反射光外，彗星挥发气体也会发光，也是距离越近，发光强度越高。除了彗星与太阳的距离外，彗星与地球的距离也会影响我们看到的彗星的亮度。距离我们越近的天体，看起来的亮度也越高。此外，彗核的大小或者彗星的活动也都会对亮度产生影响。比如彗星因为压力等原因突然爆发，会在短时间内让彗星亮度提升。 将以上三个因素融合到一个式子里，来预测彗星的亮度： m = M0 + 5log10d + klog10r 其中m是我们看到的彗星的星等（视星等），M0是彗星本征星等，d是彗星与地球（观测者）之间的距离，r是彗星与太阳之间的距离，k是一个比例系数，用于拟合气体和尘埃共同发光对距离的响应。 通过多次观测，可以得到彗星的视星等m，估计彗星的轨道，可以知道彗地距离d和慧日距离r的变化，由此来估计M0和k。进而根据轨道预测，来估计彗星的视星等m。但因为对轨道预测的不准确性，以及彗星自身的活动等，会导致对彗星亮度的预测非常不准确。  彗星亮度预测 / 比如2020年上半年被大家寄予厚望的C/2019 Y4。上图示C/2019 Y4的亮度随时间变化的情况，点代表对其多次测光的结果，红线是对观测数据拟合得到的亮度随时间的变化。随着观测的进行，红线也一直在变化。可以看到，在1月到2月期间，C/2019 Y4的亮度增长非常快，暴增800倍，按照那时的测量数据预测，这颗彗星的最大亮度甚至要亮于太阳。然而因为活动剧烈，加上太阳的影响，在2020年4月时彗核解体，最终没能到达预测的亮度。 【智能（zhàng）机器人：先彗创业未半而中道崩殂……】 Q5： Saraelice【提问】鬼会不会是一种暗物质？ A： 根据实际观测结果，科学家可以精确计算出暗物质的质量和分布状况，但如果要计算一只鬼的存在——那可真是算了个鬼了（划掉）。但如果鬼是一种暗物质…… 好的，我是一只鬼，也是暗物质的一部分。多亏了生前学过几分天体物理，所以我知道我这会儿既不发光也不反光，所以我的朋友们这会儿都看不见我。弥留之际，我想我或许还能看看朋友和家人们最后的样子——哦不，我看不见，他们反射的光径直穿过我的身体，不会被我接收到。  我可以，这样的鬼请给我来一打。 我可以想干什么就干什么……但是哎呀，我要漏下去了…… 没错，暗物质同重子物质之间也不会几乎发生碰撞，因此我可以透过任何物体，也正是因此，我接触不到任何人，也拿不起任何东西。作祟？——哦我的朋友，这是绝对做不到的事情。  虽然我还存在引力相互作用，但我毕竟只是凡人大小，这点质量什么也做不到。连带动你的头发丝也是一件十分困难的事情。更加要命的是，我正在变稀薄，毕竟按照暗物质的密度分布规律，我将会变得非常蓬松，就像一坨看不见的云，越来越大，以至于比地球还要大得多……我是大（暗）鬼（物）魂（质）……【对不起我实在是编不下去了】 【智能（zhàng）机器人：鬼是个鬼的暗物质咧（摔）！】 收获知识，收获快乐~  【不得了，天文知识增加了！】栏目Q&A： Q1. 没有被精选留言是否都能看到？ 当然啦，我们每周都会确定一次各平台的提问情况，并把问题汇总在一起。 Q2. 本期没有被选上的问题，是否意味着落选了？ 大家提出的所有问题都会进入我们的汇总题库，每期由小编从中挑选抽取。由于问题量大，可能偶有遗漏，大家请反复多次敲击我们。另外，问题的需求量、时效性和趣味性会被优先考量，同类问题我们也会作出一些筛选，还请小星星们耐心等待，或许哪一期就被翻牌子咯？ Q3. 提问的正确姿势是什么？ 在所有平台的正确提问方式都是： 姓名 +【提问】：我这么可爱选我的问题好吗？（大误） 让我们再次复读： 在地球毁灭之前， 你可以通过以下四种途径， 把你的天文问题传达给我们： 1. 微信公众号： 在本条推送下留言，或以关键词【提问】为开头并发送你的问题到公众号后台。 2. 邮箱： 将姓名+问题发送至邮箱cinastronomy@163.com，邮件务必务必务必要注明【提问】哦。 3. 微博： 微博编辑#不得了，天文知识增加了！#并@中国国家天文，就可以进行提问啦。 4. 知乎： 中国国家天文也开通官方知乎账号啦（没想到吧，记得要去关注一下哦），同样以关键词【提问】为开头并编辑你的问题私信给中国国家天文知乎账号即可。 下面是投票时间~ 《中国国家天文》将为由大家票选出的“最佳问题”提问者送出精美礼物一份【下期公布】！另外每位问题入选者都将收到《中国国家天文》当期杂志一本—— 【不得了，天文知识增加了！】第十六期 “机智问题”获奖名单 最机智问题奖：Herry 【问题】气体行星全部是气吗？核心也是气吗？ 另外几名提问者：云霓裳、外来的阳茗、Yui、归山人 也将获得《中国国家天文》2月刊一本，请以上几位小星星在本条推送下留言联系我们领取礼品。 点我，重温第16期 天文问题持续接收ing 感谢奇怪天文知识智囊库的倾囊相助 / 黑尾 Echo 徐鹏晖 科学审核 / 苟利军 策划 / 黄京一 怀尘 编辑 / 怀尘 猫又  中国国家天文 Chinese National Astronomy 微信号：chineseastronomy 《中国国家天文》杂志由国家天文台主办。 本刊面向广大公众，提供科学性、文化性、艺术性、收藏价值兼备的天文学内容及文化生活。 新媒体投稿：cinastronomy@163.com 纸刊订阅请访问公众号下方国天商城 |
