北半球大彗星?比太阳还亮?

以下文章来源于 EasyNight ,作者 EN 菌

" 哦!来大彗星啦!堪比太阳呢!"

"5 月底天空将有两个太阳!?"

且慢!先别激动!彗星到底是何方神圣?这次的彗星真堪比太阳吗?给 EN 菌一篇文的时间,来解答关于这颗彗星,你想知道的一切 ~

彗星,无论是像电影《你的名字》里划过夜空一般惊艳,还是像剧集《权力的游戏》里被认为是重大事件的预兆,它们总能引人注目却又保持着神秘感,那么彗星究竟是一种怎样的天体呢?

彗星是什么?

彗星的本体并没有影视作品或者古老传说中那么玄乎,甚至有点 " 土 "。它们是一种包含大量的灰尘的冰质天体,是吸收了太阳光和大量热量就会挥发并喷射物质的 " 脏雪球 "。它们起初是太阳系边缘冰冷世界的居民,偶尔会受到扰动,进入内太阳系来一次 " 长途旅行 "。

彗星渐渐靠近太阳,被太阳加热后,位于彗头的彗核会开始挥发物质,喷射尘埃颗粒,这些尘埃被彗星丢三落四 " 甩 " 了一路,形成条带状的尘埃彗尾并反射阳光。

同时,彗星喷射出的一些物质还会因太阳风中的带电粒子激发发光(和地球上的极光的发光原理相同),这些粒子会被太阳风吹成一个条带状且色彩鲜艳的离子彗尾(通常为蓝色或者绿色),"blingbling" 直接变成一场跨度数百万公里的 " 太空极光 "。

海尔 - 波普彗星分开的尘埃尾(淡黄色)和离子尾(亮蓝色)(图源:NASA)而地球上看卡特里娜彗星的两条彗尾甚至分开了约 140 ° 的角度(图源:EN 菌)

这时候你又要问了:那我这辈子怎么就没见过彗星呢?彗星到底能有多亮啊?

彗星能有多亮?

首先,彗星发出和反射的光全部来源于太阳,所以如果有人彗星能比太阳还亮,可先别激动,这肯定是在吹牛。不过彗星没太阳那么亮就不好玩了吗?毕竟金星也比太阳暗多了,可它还不是天天被人当 UFO?

彗星总数很多,可是往往要几十年就才会出现一颗彗星中的超级明星,在全球 " 吸粉无数 ",这就是我们所谓的 " 大彗星 "。

大彗星能有多壮观呢,嘿嘿,还真就特别壮观:

1965 年的池谷 - 关大彗星,掠过太阳时,白昼可见,北半球傍晚时可见火树银花般的巨大彗尾直立天际,并拥有藐视探照灯的亮度;

1997-1998 年的海尔 - 波普彗星,尘埃彗尾舒展,还拥有一条亮蓝色的离子彗尾,这颗彗星维持肉眼可见的时间超过了一年;

2007 年的麦克诺特彗星,它帷幕般的彗尾跨度超越一个完整彩虹;

2012 年的洛弗乔伊彗星,拥有跨度超越北斗七星的笔直彗尾,在南半球日出前与银河交相辉映。

图 1,池谷 - 张彗星胶片记录(图源:NASA);图 2,观星者和海尔 - 波普彗星(图源:Sky&Telescope);图 3,麦克诺特彗星横亘天际(图源:ESO);图 4,破晓时分的洛夫乔伊彗星(图源:ESO、欧洲南方天文台)

怎么样,菌菌没骗人吧 ~

对于公众,只有当这样的大彗星降临时,才有机会直接看到彗星,可这样的 " 大家伙 ",已经足足二十多年没光顾过北半球夜空了(1997 年海尔 - 波普彗星后再无大彗星光顾),而南半球却连续看了麦克诺特彗星和洛弗乔伊彗星(图 3 和图 4)。所以北半球有不少人这辈子真的没直接看到过彗星。

而最近这颗编号 C/2019 Y4(ATLAS)的彗星(后文中简称为 ATLAS 彗星)预报肉眼明显可见,还有预报说它的亮度要直逼太阳,它很可能是北半球翘首以盼二十多年终于等来的大彗星。

ATLAS 彗星到底是何方神圣?

我们今天的主角—— ATLAS 彗星(C/2019 Y4),在 2019 年底被发现于火星与木星轨道之间,它原本是一颗不起眼的黯淡彗星,但是随着一些天文台和大量天文观测者对它的亮度进行了观测,我们渐渐发现这颗彗星增亮的趋势十分惊人,甚至可以说十分惊悚:按照这样的趋势一直延续下去,彗星在今年五六月份靠近太阳时,亮度将和太阳相近——甚至超过太阳! [ 1 ] [ 2 ]

而且这颗彗星可能拥有比普通彗星更优越的 " 身世 " ——根据彗星的轨道数据对比分析,它与历史上有名的 1844 年大彗星(C/1844 Y1)有共同的起源 [ 2 ] ,而 C/1844 Y1 最亮时亮度接近猎户座著名亮星参宿四(对,就是你们天天念叨让人家炸的那颗)。甚至有人根据这两颗彗星的亮度变化趋势进行了分析后惊叹:" 天啊,本来以为 ATLAS 彗星只是 1844 年大彗星的小老弟,现在一看,怕不是它爸!"

根据 SUZUKI 的模型,结合观测数据:ATLAS 彗星(绿点)和 1844 年大彗星(黑点),把二者进行对比,不难发现,ATLAS 彗星同等情况下的亮度可能比 1844 年大彗星高 2~3 个星等,也就是亮度高出 6-16 倍(图源:SUZUKI)

预报又好," 基因 " 又出色,ATLAS 彗星直接在天文爱好者群体内炸了锅,并给天文学家带来了不小的争议。大家激动之余,又担心这彗星放我们鸽子。

ATLAS 彗星会是下一颗大彗星吗?

提前剧透版:目前看,它几乎一定能轻松肉眼可见,但预报仍有一些不确定性。

ATLAS 彗星,你到底是要 " 飞上天,和太阳肩并肩 " 还是在 " 诈胡 "?要解答这个问题,我们就要稍微了解一下天文学家们是如何预测彗星亮度的。

天文学家预测彗星的亮度,主要考虑以下几个因素的变化:彗星和太阳的距离,彗星和地球的距离,彗星的活跃度,以及这颗彗星的家底怎么样。

很容易理解:彗星离太阳越近,就会被照得越热,喷发更剧烈,并且反射更多阳光;彗星离地球越近,看起来就越亮;彗星越活跃,它靠近太阳时就会越剧烈地增亮;彗星越大,或者说家底越丰厚,它就有更亮的资本。

越靠近太阳的彗星越明亮

这几个因素可以写成如下的公式(兴趣阅读,公式绝缘体质者请自动跳到下一段):m=m0+5lgd+5klgr,其中 m0 是彗星的亮度常数,和彗星本身的家底有关;d 是彗星与地球的距离,k 是描述彗星离太阳越来越近而变活跃程度的一个参数;r 是彗星与太阳的距离。 [ 3 ]

这几个因素中,彗星和地球与太阳的实时距离是可以直接由确定好的彗星轨道计算得出,而剩下两个影响因素有一定不确定性。因为 " 太阳系大了,啥彗星都有 "。

彗星的大小和活跃程度千差万别,这就造成了人们无法依据以前的彗星来准确预测后来的彗星会如何变化;而且即使是同一颗彗星,它的物质分布也是不均匀的、形状也是不规则的、亮度也可能出现波动——也就是说,彗星可能会突然偏离原先的预测而猛然增亮,也可能突然 " 哑火 " 而迅速变暗。

在 2013 年时,全世界的目光聚焦于艾森彗星(C/2012 S1),它的亮度预测达到了白昼可见的程度,媒体纷纷报道这颗艾森彗星会成为壮丽的 " 世纪大彗星 "。

北半球啊,都好久没有大彗星了,这白昼可见的彗星可算是要过一把瘾。结果呢?耍我们!?艾森彗星突然停止亮度剧增过程,在经过太阳附近时干脆就碎掉了,直接从 " 礼花弹 " 变 " 哑弹 ",成为著名的 " 鸽子王 " 彗星。

艾森彗星靠近太阳,就要按照预报变得极端明亮时突然解体,亮度反而陡然降低(图源:SDO NASA)

而霍尔木兹彗星(17P)则上演过戏剧性的爆发,从一颗难观测的黯淡彗星瞬间增亮为即使身处市区都几乎肉眼可见的明亮彗星。可是话说回来,这彗星亮倒是挺亮,可是这不就是个毛线团吗?连彗尾都看不见,您也配叫大彗星?

17P 彗星可能在小行星带发生碰撞,导致异常增亮(图源:CWB)

当然,两颗彗星的亮度变化实属抽风。然而,全球观测者们通力合作,为预测提供了连续不断的观测和数据,使得大部分彗星亮度预测的可靠度还不错——非常可靠地不是大彗星。

2018 年底回归的 46P 彗星保持肉眼可见大约 1 个月的时间,它的亮度与模型结果匹配就很理想,但它看起来还只是个小毛线球,完全没有大彗星的气势(图源:COBS)

就在北半球苦等很久之后,这转机它来了!

ATLAS 彗星爆炸式增亮!

既然说预报基本靠谱,那为什么我们还要如此关注这颗 ATLAS 彗星呢?

有很多天文学家和机构会对彗星的亮度进行估计,他们使用的模型都很相似,所以正常情况下给出的预测都相似。但这次,他们对 ATLAS 彗星的亮度预测却千差万别。最亮的预报说会比太阳还亮,最暗的则认为甚至肉眼几乎不可见。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

究其原因,是 ATLAS 彗星起初被发现时亮度不高,并不起眼,很多早期预报根据一般彗星的典型活跃程度来估算了它的亮度,从而给出它不会很亮的预测。然而 ATLAS 彗星不走寻常路,它正发生一次已经持续了超过 2 个月的爆发。这两个月里,它从 16 等增亮到目前的 8.5 等,亮度翻了 1000 倍。

ATLAS 彗星 3 月 1 日(左上)和 3 月 14 日(右下)的亮度对比,仅仅经过了半个月,亮度变化如此巨大(图源:Terry Lovejoy 没错,他就是那个发现洛弗乔伊彗星的洛弗乔伊)(洛弗乔伊是 Lovejoy 这个可爱名字的中文音译)

这段时间,几乎每天都能明显看到 ATLAS 彗星比前一天更亮。这导致它目前测量出来的活跃度远超预期,进一步导致很多模型根据这个活跃度拟合后,算出来它会有比肩太阳的亮度。当然啦,彗星的亮度肯定没法真的达到 " 怼天怼地怼太阳 " 的程度。

ATLAS 彗星的预报结果整理,直接拟合的结果有些夸张。不出意外的话,彗星的亮度应该最终倾向于个模型的中位水平(底图来源:COBS,其他数据来源已注明)

所以说很多预报给出一个超高的亮度预报并不是观测数据错误,而是受到 ATLAS 彗星亮度爆发的影响给出了较为离谱的结果,而它增亮的趋势一定会在某个时候开始变得平缓。

什么导致了爆炸式增亮?

一个坏消息,一个好消息。

目前这个亮度爆发可能是 ATLAS 彗星远道而来进入内太阳系后,心情有点小激动,所以物质喷得有点猛——它表面高度挥发性的物质快速受热,以超过通常经验的剧烈程度挥发导致的,而这个过程不会一直持续。天文学家目前并不能知道 ATLAS 彗星的亮度快速增长何时会结束,观测者们能做的只有继续对它进行持续的观测。

有一个坏消息是:天文学家还给出一种不利好的可能,那就是—— ATLAS 彗星正处于一个逐渐解体的过程,这导致了它目前亮度的快速上升,但它的亮度可能会在完全解体后很快下降。 [ 5 ] 不过呢,目前彗星彗核清晰凝聚,亮度增加尚且远不如 17P 解体时一样夸张,可以说:ATLAS 彗星现在并没有太多解体的迹象。解体只是对 ATLAS 彗星亮度突飞猛进的一种可能解释。我们都不希望彗星解体这样的事情发生,毕竟北半球的已经为了一颗大彗星等了太久。

啊(á~è ng),彗星没太阳那么亮,还有可能不知道哪天就放我们鸽子,感觉被泼了冷水?

不慌,不慌,我们还有好消息:如果彗星不会最终解体,那么目前经历了持续的亮度爆发后,ATLAS 彗星最终能达到的经验亮度下限已经被提高到了很乐观的程度。即使它现在立即停止爆发,仅按照正常彗星的趋势变亮,那么到 5 月时,它也将肉眼轻松可见。而这,很可能就是北半球期待许久的那颗大彗星!

五月一起看彗星!

如何观赏 ATLAS 彗星?

作为天(吃)文(瓜)爱(群)好(众)者,我们能做什么准备呢?什么时候可以看这颗彗星呢?往哪里看呢?

对于北半球的目视观测者,ATLAS 彗星将在 6 月上旬后变得不可见或者极难观测。在那之前,也就是五月份,将是我们观看它的好机会,具体来说,我们可以在 5 月中旬前的日落后或者 5 月下旬的日出前寻找这颗彗星。

找一处遮挡较少,光污染也较少的地区,你有可能在 5 月中旬的天黑后在西北方肉眼看到这颗彗星,如果你有一个双筒望远镜,你还可以欣赏到彗星的彗尾呢。

而计划拍摄彗星的爱好者可以尝试在 4 月下旬和 5 月中旬拍摄亮度极为可观的 ATLAS 彗星,这两个时间段彗星都有机会出现于无月夜,并且有理想的亮度。

不过菌菌还是要提醒一下:给彗星做亮度预测不是一件简单的事情,它需要天文观测者专门对其进行大量观测才能准确。这颗彗星究竟是不是北半球的那颗大彗星,还需要接下来的观测确认。最后,保持对 EN 菌的关注哦,EN 菌也将持续关注这颗彗星的情况,如有异动,第一时间通报 ~

引用和数据来源:

[ 1 ] cobs.si

[ 2 ] GvB et al,http://astro.vanbuitenen.nl/

[ 3 ] Hoshinavi, 今週の明るい彗星 ,http://aerith.net/

[ 4 ] MPC, https://minorplanetcenter.net//

[ 5 ] cometografia.es

推荐的网址:

cobs.si 彗星观测数据,可以自动拟合彗星亮度变化趋势

minorplanetcenter.netNASA 小行星中心,可以查到彗星轨道数据

astro.vanbuitenen.nl 业余天文学家 GVB 的个人主页,有彗星观测数据

aerith.net 吉田诚一主页,可以查看彗星预报情况

calsky.com 天文计算器,可以找到彗星位置的星图

theskylive.com 星图网站,提供便捷的实时彗星位置认证星图

文中所有未注明来源的图片均为 EN 菌创作 ~

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