[原创]彗星猎手们能幸存吗？

小龙·哈勃 · 发表于 2005-2-18 23:22

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源：http://ccn.lamost.org/comet/resource/greatcomets/can_comet_hunters_survive.htm

文/淹敏美村上茂树(日本)
译/慧留心雨

·前言

村上茂树，C.2002 E2 (Snyder-Murakami)的发现者之一，在《天空》(Tenkai)中发表过一篇关于SWAN和NEO巡天计划对业余巡彗者影响的文章。当村上的文章发表时，另外一名作者淹敏美正在模拟业余巡彗者和NEO巡天计划的巡彗效果。淹敏和村上取得了联系，本论文就是他们合作的结果。

淹敏美在2004年3月于日本举行的第34界彗星年会上发表了这篇论文。

感谢我国彗星猎手张大庆推荐本文！

1.介绍

在查尔斯·梅西耶之后，目视彗星搜索成为了业余天文学家的专属领域。投入的彗星猎手赢得了尊敬，并觉得发现彗星是一种伟大成就。然而，20世纪90年代，搜寻近地天体(NEOs)的自动巡天计划开始运作了，并发现了许多彗星(《天空和望远镜》2000年12月号，32页)。业余彗星搜索似乎从那起就衰落下来。

对于北半球来说，问题特别严重，许多彗星搜寻者放弃了搜索。村上也曾经这样，但他带着一架更好的望远镜恢复了搜索，并足够幸运地发现了他的斯尼德-村上彗星。

特别不敢相信的是，2002年目视搜寻者竟然发现了5颗新彗星，而同一年，铃木通过公开的SWAN (Solar Wind ANisotropies) 照片发现的2002 O6彗星震惊了目视彗星搜索界，因为大多数彗星猎手认为暗弱的彗星，在他们发现之前都能在SWAN的图片上找到。

在著名的日本彗星猎手间，目视搜索能否在NEOs和SWAN下生存是一个热门话题。2002年目视竟发现了5颗彗星是偶然的吗？你真的能在SWAN中发现所有目视彗星吗？目视搜寻的未来将是如何的呢？

本论文就是一这些为目标而写的，感谢许多日本业余观测者给我们的启示。

2.SWAN的威胁

宇都宫章吾，近些年来最成功的彗星猎手，2002年10月给村上写了一封信。“我对铃木发现斯万彗星感到焦虑。我们彗星猎手能生存吗？”

当宇都宫在日本天文杂志上读到，亮于11等的彗星全部都在SWAN的眼皮底下的时候他很沮丧。不过，他觉得暗弱的彗星还是能被拥有大望远镜的目视观测者找到，比方说村上的，虽然宇都宫的15厘米双筒对于这种要求来说太低了。宇都宫不再感到不安，并和村上讨论大望远镜的用法。

村上并不对SWAN感到担心，因为在C/2002 O6之前SWAN的发现不多。不过，在收到宇都宫的信件以后，他希望知道SWAN是否真有那么大本事，目视彗星是否都能被SWAN所发现。

图1：SWAN上面的池谷-张彗星，发现前两周的照片

结果非常意外：2001-2002年目视发现的6颗彗星中只有1颗彗星能被SWAN发现，153P/Ikeya-Zhang（池谷-张彗星）。这颗彗星之所以没有被SWAN发现，一个原因是因为那时候SWAN的照片还没有公开，但另外一个原因更基本，许多彗星观测者认为在SWAN上找到已知的彗星是很容易的，因为你知道它在哪里，但从那些暗弱的图片上找到新彗星就很困难了，无论你用照片、CCD、SWAN还是目视这都是对的。

村上的结论是：不用担心SWAN，并告诉了宇都宫。宇都宫说：“你的分析让我很安慰。有的人可能说：‘哦！你还在找彗星啊，你是一个活化石。’找到新彗星的可能性确实减小了，不过不能说是不可能。我会继续用我的眼睛来找彗星。”

3.近地天体巡天(NEO Sky Survey)的威胁

我们用两种方法来研究近地天体巡天的威胁：彗星发现统计以及发现模拟。模拟让我们能够研究影响发现的每一个要素。

3.1 实际彗星发现分析

本分析基于日本东京天文台发布的数据，日本天文年鉴列了一份彗星发现表，包括所有过去发现彗星的轨道根数和发现时亮度。1986年11月到2002年12月所发现的，长周期彗星、非周期彗星以及离心率>0.93的彗星都在研究之列。

第一张图显示了发现趋势。1998年开始，远日距彗星的发现量迅速增加，这是因为林肯近地小行星搜索计划的实施。这一个趋势1996年就已经开始了，当近地天体追踪计划开始实施的时候。因此，我们就能区分出两个阶段：在近地天体巡天之前（1995年12月以前）和近地天体巡天之后（1998年3月以后），中间的时间是转换期。

第二张图显示了两个时期彗星每年发现量对比。差别很明显，专业彗星发现增长了6倍，北半球的目视彗星发现量减少了一半。南半球的彗星发现没有减少。

图2 彗星发现趋势

图3 前巡天时期和后巡天时期对比

图中不包括SOHO发现的彗星，不过SOHO上面的异向探测器(SWAN)发现的除外。每颗彗星的位置是从它的轨道根数和发现时间来计算的。更多分析使更多有趣的事实浮出水面。

3.1.1 绝对星等分布

绝对星等的定义如下：

m = H10 + 5 lg Δ + 10 lg r

其中，

m：彗星星等

H10：绝对星等

Δ：彗星到地球的距离

r：彗星到太阳的距离

每颗彗星的绝对星等由彗星发现时的亮度和位置计算。绝对星等和近日距的关系如下图，分别给出前巡天时期和后巡天时期的示意图。业余目视只能发现q<2的彗星，而巡天的近日距极限要大。有趣的是在后巡天时期，业余目视发现再没有极限星等大于6.0等的天体了，尽管取样不足够。我们下面会有模拟方法来讨论这一趋势。

图4

图5

3.1.2 彗星发现时的位置

彗星发现时的位置描出如下图。位置用太阳与彗星的黄经差来表示。黄经差80度线同样也在图中给出。前巡天时期目视发现主要都是在80度线以内。相反的，专业发现都比较靠近80度线。著名大彗星池谷-关的发现者之一关勉，指出巡天主要都被限制在距离太阳黄经80度以外，这对于那些善于在接近太阳的地方发现彗星的搜寻者是一个好消息。注意一下早晨的发现比晚上的多。

图6

图7

3.2 彗星发现模拟

这是在电脑里的彗星发现竞赛，发现者是由电脑决定的。业余搜寻者还是近地巡天？作者之一淹敏80年代开始就热衷于“科研电脑娱乐”，他从这里得到了灵感来进行彗星发现模拟。

分析使用了蒙特卡洛仿真法(Monte-Carlo)。我们让电脑产生了3000颗彗星，目视彗星搜寻者呆在南北半球，而近地搜寻仅在北半球工作。电脑就是要考虑什么时候彗星能够亮到能被发现。大气吸收的因素也考虑了进来。

3.2.1 结果

(1)彗星分配

我们假定彗星都是周期的。轨道分配情况如下：

a.过近日点时间限制在25年以内，从2003年到2027年，也考虑了月亮和太阳位置的影响；

b.近日点距离限制在0-10AU；

c.近日点黄经在0-360度之间；

d.轨道倾角，没有彗星在0度、90度和180度，这是为了避免发现重复彗星；

e.绝对星等在4到11等之间。

(2)业余彗星搜寻者

a.覆盖的天空：要在天文蒙晨昏影之间搜寻，当照明系数k>0.2时月球要在地平线下；

b.位置：分别在东经0度，北纬35度和东经0度，南纬35度；

c.极限星等：分别为10等和12等。

(3)近地天体搜寻

a.我们认为LINEAR是业余彗星搜寻者最大的威胁，因为其覆盖天空最广，因此我们只用LINEAR。LINEAR覆盖的天空：从LINEAR以及小行星中心所公布的数据分析而得，有以下结果，覆盖面从赤纬-30度到+80度，满月时(照明系数k>0.9)时停工，0.8<k<0.9时LINEAR只能搜寻+60度到+80度的范围，天文蒙晨昏影限制的高度角与偏差率δ的计算式为h=25°sin(2(δ+10°))+45°。

b.位置：西经106度，北纬32度。

c.极限星等：18.0等。

3.2.2 模拟结果

模拟结果用和处理实际彗星发现数据相同的方法绘制成图表，业余发现的极限星等为10等。读者们可能会对模拟和实际数据的相似程度感到惊异，因为实际发现的每一个因素我们都把它编入了模拟程序里面去。不过一个很大的区别就是事实中南半球的搜寻着远比模拟中的少，因此这说明南半球的彗星猎手错过了不少彗星发现机会。

后巡天时代目视发现绝对星等在8等以上的彗星减少了。这个趋势和上面提到的实际情况相吻合。解释如下，大彗星在很远的距离上很暗弱，它不足以被目视搜寻者发现，但已经可以被近地巡天发现了。有一些小彗星近日距比较小，当它足够接近太阳时可能尚未被近地巡天发现，因此目视搜寻者就可以发现了。后巡天时代模拟的发现位置与绝对星等的关系如下。

图8 前巡天时代绝对星等与发现位置的关系

图9 后巡天时代绝对星等与发现位置的关系

图10 前巡天时代距日角距与发现高度关系

图11 后巡天时代距日角距与发现高度关系

下图显示了模拟中的逐年彗星发现者关系，近地巡天彗星发现的初始值和实际中一样，19.0。同样，除了南半球的彗星搜寻者数以外所有的值都取自于实际。穆尼结果，北半球的搜寻者发现数降为原来的1/3，巡天计划对南半球搜寻者的影响就要小得多。

在全球，如果你把望远镜的极限星等从10等升到12等，你就会多50%的机会发现新彗星。当然要这样，你必须把你的望远镜口径扩大2.5倍，同样也缩小的视场大小，你搜寻每一个地区的时间就得增加，同样我们也不知道你的大镜子是否发挥了期望的效益。看起来目视观测前途暗淡。

图12 逐年彗星发现关系

3.2.3 近地彗星搜寻的竞争和协作

下面两张图显示了这个竞争有多么激烈。

现在有500颗近日距小于1.0AU的彗星。黑色实线框内的彗星是如果业余巡彗者不发现，近地天体巡天就会发现的；蓝色实线框内的是如果南半球的观测者和近地巡天不干活，北半球的巡彗者就能发现的彗星；红色实线框里面的是如果北半球的巡彗者和近地巡天不工作，南半球的巡彗者就能发现的彗星。彗星数在图内给出。方块重叠的地方就是竞争区。近地巡天和巡彗者交叠的地方最大，而近地巡天显然占据着优势。

近地巡天和巡彗者可以发现68%-76%的近地彗星(即可以走到地球轨道内的彗星)，大多数不能被发现的彗星都是因为它太黯淡了。注意，近地巡天会漏掉很多近地彗星。如果没有巡彗者，我们只能发现60%的近地彗星。巡彗者在同近地巡天竞争，但同时也在补偿其不足。

图13 近地彗星搜寻的竞争和协作

图14 近地彗星搜寻的竞争和协作

4.结论

彗星猎手可以生存，但是北半球的发现数将降到原来的1/3。南半球的观测者会比较舒服。当池谷薰和张大庆发现了池谷-张彗星时，池谷已经搜寻了35年的彗星。发现SWAN彗星的铃木强调了信心和奉献的重要性：“任何时代都存在强大的对手，彗星猎手们只有坚强的战斗才能最终赢得胜利。”如果近地巡天不尝试覆盖全天的话，彗星猎手们还能生存，但他们不得不与鲨共舞。彗星搜索将继续。

5.参考书目

[1]《天空和望远镜》2000年12月号32页，《近地天体搜寻》。

[2]《天空和望远镜》2002年7月号70-73页，《彗星大师》。

[3] 吉恩·米尤斯《天文法则》，威廉-贝尔公司，1991年。

关于作者

淹敏美是一位专业的太空船工程师，他也是日本最悠久的天文组织，东亚天文协会(OAA)的成员。他的兴趣在天文计算和望远镜制作。他的一篇讲小行星分析和数字程序在《天空和望远镜》上刊登过。他的电子邮箱是zs3t-tk@asahi-net.org.jp。

村上茂树是一位森林水文学家，也是日本国立学会森林产品研究会的一名雪文学家。他也是OAA的成员，为斯尼德-村上彗星(2002 E2)的发现者之一。你可以通过cometsm@nifty.com联系他。

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活动星图 · 发表于 2005-2-18 23:27

太专业，不懂！

小龙·哈勃 · 发表于 2005-2-18 23:32

这篇文章看看还是挺有意思的。

新疆高兴 · 发表于 2005-2-19 02:46

不容易啊，搞完了啊，佩服！学习ing！

jiangjian · 发表于 2005-2-19 06:37

好文章!

Astrolux · 发表于 2005-2-19 07:52

有价值的文章!
不过真的令人担心,连宇都宫那台25X150大双筒镜都嫌口径太小了,那我们怎么办呢?我们的彗星猎手连国产的25X100双筒都没用上呢!我本来还想买一台25*100来尝试寻彗,现在看来没必要了!懊恼!

地球人 · 发表于 2005-2-19 09:31

去年有幸聆听Mr.Machholz介绍他发现慧星的过程，被他的执着精神深深折服。只要有恒心和毅力，业余寻慧着总是有机会的。
英文好的同好可以看看他介绍发现C/2004 Q2的过程：
http://ephemeris.sjaa.net/0410/b.html

地球人 · 发表于 2005-2-19 09:33

[quote:349243d2d1="Astrolux"]有价值的文章!
不过真的令人担心,连宇都宫那台25X150大双筒镜都嫌口径太小了,那我们怎么办呢?我们的彗星猎手连国产的25X100双筒都没用上呢!我本来还想买一台25*100来尝试寻彗,现在看来没必要了!懊恼![/quote]
可以考虑一下10-12寸的道布森。

小龙·哈勃 · 发表于 2005-2-19 10:02

我有一个对巡彗者比较坏的消息，不过过一会儿再公布。

据说张大庆已经磨制了一个超级镜子巡彗了。

Astrolux · 发表于 2005-2-19 10:13

[quote:103a1d973d="小龙·哈勃"]我有一个对巡彗者比较坏的消息，不过过一会儿再公布。

据说张大庆已经磨制了一个超级镜子巡彗了。[/quote]

是什么消息,赶紧说!
张大庆这件事可是好事,他磨了一个什么镜子,为啥叫超级镜子?

小龙·哈勃 · 发表于 2005-2-19 10:43

据说磨了一个40cm的镜子继续巡彗。相信不久我们就可以看到第二颗张彗星了。

Astrolux · 发表于 2005-2-19 11:07

[quote:5d49389b92="小龙·哈勃"]据说磨了一个40cm的镜子继续巡彗。相信不久我们就可以看到第二颗张彗星了。[/quote]

但愿他能尽快成功!
40厘米的牛反?具体规格呢?是抛物面反射镜吗?

寻星镜 · 发表于 2005-2-19 19:34

真让人担心呀！现在寻慧工作越来越难了，马上就要成为专业人士的天下了！

Alone狼 · 发表于 2005-2-20 15:29

我原来还以为照相观测和ccd最有潜力，看来错了。。。。。。

小龙·哈勃 · 发表于 2005-2-20 15:55

照相观测和CCD还有很广阔的天空呢！变星观测、人为观测、新星搜索观测等等都是很有潜力可挖掘的。

冷看星空2 · 发表于 2005-2-20 16:07

不知道LINEAR效率如何，会不会有延误

小龙·哈勃 · 发表于 2005-2-20 17:18

什么意思？

Turkish_Cats · 发表于 2005-2-20 20:09

[quote:35ab8de019="地球人"]去年有幸聆听Mr.Machholz介绍他发现慧星的过程，被他的执着精神深深折服。只要有恒心和毅力，业余寻慧着总是有机会的。
英文好的同好可以看看他介绍发现C/2004 Q2的过程：
http://ephemeris.sjaa.net/0410/b.html[/quote]
哇,一直想知道Machholz怎么找到Machholz的~谢啦! ^^  

冷看星空2 · 发表于 2005-2-20 22:50

我说的是当LINEAR发现1个彗星之后多久公布出来

kyra · 发表于 2005-2-21 10:03

看着玩玩，干嘛一定要比呢？

可能不心浮气躁的反而会有收获。 ^^

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