彗星为什么越靠近太阳慧尾越长

彗星为什么越靠近太阳慧尾越长
彗星为什么越靠近太阳慧尾越长

彗星为什么越靠近太阳慧尾越长
究竟彗尾是怎样形成呢?17世纪时,牛顿提出机械理论,假设彗尾是由物质构造来说明它的形状,认为彗尾是由于光的斥力作用,以致彗头流出物质而形成.之后有不少科学家如奥耳贝斯（Olbers）、白塞耳（Bessel）、巴蒲（Pape）及温内克（Winnecke）都研究太阳斥力与彗星的问题.直到理论物理进一步发展,才发现一种由太阳光施于彗星的作用,就是太阳辐射压力.
原来太阳辐射（包括可见光和其他电磁波）照射在物体上面,其入射方向会产生一种压力；这压力按光的强度增加,并与物体垂直于光的面积成正比.这个压力对于普通大小的物体是微不足道的.一个完全反光的物体放在大气以外的日光下,其1平方米的面积所随的辐射压力有0.001克；而对于完全吸光的物体,这数字还要减半,可见这力的薄弱.但对于极其微小的物体如尘粒、气体分子等,辐射压力就会特别明显,比起太阳的另一作用力——万有引力还要强.太阳的万有引力与日光斥力恰巧相反,但两种作用力皆与距离的平方成反比.对于一般的物体,太阳引力占尽优势.可是对极微细的粒子,太阳斥力的作用为何竟凌驾太阳的吸力呢?
如要解释这点,我们可利用物体下坠的情况作比喻：两件物体的表面积不同,所随的空气阻力便不同,表面积愈大,所受阻力愈大,下坠之势愈慢.辐射压力对微小粒子的作用,与此类似,因为质粒愈小,表面积对于其重量便愈大.举例说明,假设一正方形物体,体积为1立方厘米,质量1克,表面积则是6平方厘米；如从中切开,分成两个相同的长方体,则质量每个是0.5克,而每个长方体的表面积则为4平方厘米,两个长方体的表面积总和为8平方厘米,比本来的整体表面积相对量就愈来愈大,因此微小粒子的表面积相对质量面言就很大,所随的斥力就极显著：只要质点的直径等于1微米,太阳斥力与引力便得到均势；质点再小一点,太阳斥力便大于引力.因此,太阳辐射压力就成为推斥彗星的一种作用力.
自发现太阳辐射对彗星的推斥力后,不少科学家都应用太阳辐射压力来解释彗尾,可惜结果并不圆满,他们不能解释何以Ⅰ型彗尾的加速度那么高.引起这个问题的就是1980年出现的莫尔豪斯彗星（Morechouse’s Comet）,它竟抛射出速度达每秒30千米的物质,此点并不能应用太阳辐射压力来解释.直至发现了太阳风（solar wind）才找到合理的答案.
何谓太阳风呢?根据火箭及人造卫星的探测,发现太阳除不断发出光与无线电波等辐射外,还抛出大量的带电微粒.这些微粒包括由太阳大耀斑区抛出的快速微粒流、太阳碰区抛出的慢速微粒流及由日冕向太阳四周膨胀的等离子体,它们统称微粒辐射.由于太阳作用于日冕气体上的吸引力不能平衡微粒辐射的压力,因此日冕不可能处于静止的状态,而是稳定地向外膨胀.热电离气体粒子不断地从太阳向外流出,形成太阳四周释出的连续微粒流.由于微粒流好像是从太阳不停地向外吹出的风,所以称为太阳风.太阳风的平均速度是每秒300～500千米,对彗星造成强大的推斥力,而彗尾的高加速度亦得以解释.太阳辐射及太阳风就是促成彗尾形成的两股原动力,故此彗尾要接近太阳时才出现,但却永远背向太阳（见下表）.
形 态
组 成
抛出质点速度
所受太阳斥力
与引力之比
斥力：引力
Ⅰ型
又叫离子彗尾或气体彗尾
长、直
和其他电离分子组成,其中包括一氧化碳和氮的稀薄气体
3—10km/s
18—100倍
太阳风的强大斥力作用于彗星中的离子而形成,因含离子发射线而呈蓝色
Ⅱ型
阔而弯
直径为0.0001厘米的微尘及未经电离的分子组成
1—2km/s
0.5—2.2倍太阳的辐射压力推斥微尘形成,呈微黄色
Ⅲ型
短、弯曲程度最大
组成与Ⅱ型同,但弯曲程度较大
0.3—0.6km/s
0.1—0.3倍
(同Ⅱ型)
我们看到彗星总是拖着长长的尾巴.那么它又是如何形成的呢?
彗星的主体是彗核.彗星的质量大多集中于彗核.而当彗核靠近太阳时,就会受太阳热的烘烤,从而被太阳热蒸发出气体及尘埃.这些气体及尘埃全包在彗核的外面形成彗发.当它进一步靠近太阳时,因为太阳光的热量以及压力增大,就会把彗发中的气体以及尘埃推向后方,从而形成一条状形像扫帚一样的尾巴——彗尾.彗星越靠近太阳,彗尾就会越长,通常有5000万千米～2亿千米,最长的可以达到3.5亿千米.彗尾总是背着太阳.
彗星把人类恐吓了许多年代.偶尔,天空中会莫明其妙
地出现一颗彗星.它的形状和其他任何天体都不相同.它模
模糊糊,轮廓并不清晰,而且还拖着一个不甚分明的尾巴.
在某些富于想象的人看来,这个尾巴很象是一个哭泣着的妇
女的散乱头发（“彗星”一词就是从拉丁文的“头发”一词
变来的）,因此,人们认为它预示着大难将临.
到了十八世纪,人们终于确认出,某些彗星在固定的轨
道上绕着太阳转动,不过,这些轨道一般都是非常扁长的.
当彗星在轨道的远端时,人们看不到它们.只有当它们位于
近端时——这在几十年中才有一次（也许是上百或上千年）
——它们才成为可以看见的天体.
1950年,一位名叫奥尔特的荷兰天文学家提出,有
一团巨大的星云,其中可能包含着几十亿颗小行星,在距离
太阳一光年或甚至更远的地方运行.它们比冥王星这颗最远
的行星还要远一千倍,而且,尽管它们为数甚众,我们却全
然看不见它们.每隔那么一段时间,可能在邻近恒星的引力
作用下,一些小行星在轨道上的运动会放慢下来,并开始朝
太阳的方向落下.偶尔会有某个小行星深深地钻进太阳系的
内部,在离太阳几百万公里的近处翱翔,自此之后,它就将
保持自己的新轨道,成为我们所看到的彗星.
几乎与此同时,美国天文学家惠普勒也提出,彗星主要
是由低沸点的物质（如氨和甲烷）构成的,同时也包含有细
碎的石砾.这团彗星云在远离太阳的时候,氨、甲烷和其他
物质都凝固成为坚硬的“冰块”.
这种冰冷的彗星结构,在外层空间迅速运行时是稳定的.
但是,一旦它们慢了下来,向太阳靠近时,又会出现什么情
况呢?当它进入太阳系内层时,会从太阳接受到越来越多的
热量,使得冰块开始变成蒸汽,原先被凝在冰块表层的石砾
颗粒得到了自由,结果,彗星的核心就被一团尘埃和蒸汽所
形成的云雾包围起来.越靠近太阳,这团云雾就越稠密.
太阳朝四面八方刮着太阳风——一种向外奔涌的亚原子
粒子云.太阳风对彗星有一股作用力,这种力超过了彗星本
身的微弱引力,彗星内的尘雾云就开始被太阳风吹出来,向
背离太阳的方向伸展.随着彗星接近太阳,太阳风加强了,
尘雾云就成了背离太阳方向的一条长尾.离太阳越近,尾巴
就越长,然而,这种尾巴是由极其稀薄的分散物质构成的.
自然,彗星一旦进入太阳系的内层空间,就不会长期存
在下去.每靠近太阳一次,就造成一次物质损失.这样,转
了几十次以后,彗星就变成了很小的石头核,或者干脆碎裂
成小陨石团.有一些这样的陨石团正在确定的轨道上围绕太
阳运行.当它们在地球的大气层里穿过时,就会出现壮观的
“流星雨”.这些流星雨无疑是彗星的遗骸.