10月13日，華山西峰，黃昏時分的彗星。華中科技大學教授徐學軍/攝
文|鄭小平（湖北省天文學會理事長，華中師範大學/華中科技大學教授）
本文由作者參加九派新聞「九派圓桌」直播討論【彗星來信，一眼六萬年】時的發言整理而成，釋出前經作者審閱。
【1】為何是「六萬年一遇」？
這要從彗星的軌域說起。彗星和其他行星的運動都受到萬有重力的支配，只不過彗星的軌域，無論是橢圓形的還是拋物線的，其偏心率都較大，這意味著它們的軌域周期非常長，所以有「六萬年一遇」這樣的說法。
這並不是說，我們知道了6萬年前的彗星是什麽情況，而是說在不直接接觸它的情況下，可以透過一定時期的觀測來推測它的軌域，根據軌域的特性，計算出它的軌域周期。
阿特拉斯彗星是在2023年1月份被紫金山天文台首次發現的。天文學家們利用一段時間的觀測數據，計算出其軌域周期大約是61000多年。
目前有關彗星、流星和隕石的討論，都指向了宇宙天體起源的問題。
彗星實際上是太陽系中的小天體，而太陽系中的小天體還包括小行星。彗星和小行星的不同之處在於，小行星基本上是巖石質的固體，而彗星在太陽系外圍看似固體，實際上是冰狀的。
彗星可能起源於太陽系的邊緣地區，比如有的人認為在奧爾特雲，還有的人認為是由於天王星、海王星的某些遷移造成的。這些觀點並沒有統一的定論。長周期彗星和短周期彗星可能起源於不同的地方。當彗星進入太陽附近時，可能會受到其他行星的影響，但有人認為它們的起源地不同，導致了長周期和短周期彗星的形成。
【2】紫金山彗星是「大彗星」嗎？
關於天體的「大」，這個概念實際上與我們日常所說的「大」有所不同。我們通常所說的「大」，往往是從感官上，特別是視覺上來判斷的。比如，我們看到彗星的尾巴很長，頭部很亮，我們就認為它「大」。但在天文學中，「大」實際上是指天體的質素。一個天體如果質素大，我們就說它「大」。
然而，直到今天，我們還不能肯定地說，從視覺上看到的「大」的天體，其質素就一定大。
例如，小行星的質素越大，尺度越大，看起來就越亮。但彗星的主要亮度來自於它的揮發性物質，這些物質的多少、濃度以及離開彗核的距離都與它的成分有關。因此，彗星的亮度比較復雜，有時候即使是小的彗星也能展現出非常輝煌的景象。
【3】彗星的亮度怎麽測量？
我們觀察到天空中的天體發光有兩種不同的情況。一種是恒星，它們自身能夠產生光和熱。另一種是行星，這樣的天體，它們本身並不發光，而是在太陽系中反射太陽光。
我們對彗星的亮度定義與其他天體的亮度定義並沒有太大區別。關於亮度的比對，古希臘時期就已經存在一些方法。例如，我們用肉眼能夠看到的星星，被劃分為六個不同的星等。我們的亮度判斷就是基於這些星星的對比，從而得知它們的亮度。當然，有些彗星非常亮，肉眼可以直接看到，但是彗星的亮度，和它的彗核和彗尾是不太一樣的。當我們談論彗星的亮度時，可能更多地是在關註它的肢體部份。
但實際上我們並不需要去直接測量天體的亮度。當然，這裏還要簡單介紹一下亮度的概念。亮度的物理本質是指我們的肉眼或觀測器材在單位時間和單位面積內接收到的總光子數，這是現代物理學中的一個基本指標。無論是金星、彗星還是其他天體，它們的亮度都是透過這樣的度量得出的結果。我們區分行星、彗星和其他天體，是因為它們的形態特征有很大的不同。例如，彗星具有彗核，並拖著一條長長的尾巴，而我們觀察到的行星和恒星則呈現為點光源。
因此，從形態上我們就可以初步判斷它們是不同的天體，這是我們辨識它們的一種最直觀的方法。
按照我們現代人的標準，尤其是近代以來，人們有了比較嚴格的記錄習慣，所以對彗星的觀測可能更為準確。但對於更早期的記錄，由於當時缺乏科學的年代記錄方法，所以對於那時的人們是否真正看到了彗星的亮度，我們還真不能確定。從那些古老的文獻中，我們也無法準確判斷當時的彗星到底有多亮，量級有多大。而波普海爾彗星的出現，由於我們有了很好的觀測手段和詳細的記錄，我個人認為，它可能是我們至今為止觀測到的最亮的彗星之一。
9月29日，華中科技大學，拂曉時分的彗星。華中科技大學教授徐學軍/攝
【4】紫金山彗星為什麽有一條長尾巴
彗星主要由冰、二氧化碳、甲烷、氫化物、硫化物等組成，還包括一些塵埃物質。彗星與我們所說的巖石型小行星不同，它的結構比較松散。因此，當這些物質遇到太陽輻射的照射時，很容易揮發。所以，當彗星接近太陽時，強大的太陽輻射會使這些易揮發的物質蒸發出來，從而形成彗尾的結構。
實際上，彗星的彗尾根據物質的不同，可以分為兩種：一種是我們肉眼可見的黃色塵埃彗尾，這是因為彗星中包含的宇宙塵埃在太陽輻射下被投擲，呈現出黃色，這種彗尾通常較亮且容易觀察到；另一種是離子彗尾，這是由彗星中的化合物在太陽輻射下不僅蒸發，還可能電離，形成帶電粒子流。離子彗尾通常呈現藍色或淡藍色，但其亮度有時受到波長的影響，因此看起來不那麽明亮，有時甚至難以用肉眼觀察到。
波普海爾彗星，展示了兩條非常美麗的尾巴，一條是黃色的，另一條是淡藍色的。當然，如果我們使用專業的器材進行觀測，彗星核心是否有其他活動也尚未可知。此外，剛才提到彗星的尾巴長度，我認為這次觀測到的算是比較長的，但這個長度可能與彗星中物質的多少以及它受到太陽輻射的影響有關。因此，我們有時可能會看到更長的彗尾，有時也可能看到更短的。
如果我們研究彗星，發現它有特殊之處，那肯定是因為我們觀察到它的物質組成可能有所不同。至於軌域問題，老實說，自從幾百年前我們有了望遠鏡以來，這並不是什麽稀奇的事情。所以至少到目前為止，專業領域並沒有特別關註這顆彗星，但作為一個科學普及和教育的機會，這幾年彗星的到來為大家提供了一個很好的學習機會。
有些人會將飛機尾跡當成彗尾。飛機尾跡在天空中也是亮的，後面拖著一條尾巴，但它們之間的區別是很大的。
首先，你看到的特別清楚的是飛機的飛行軌跡，這與彗星的軌跡大不相同。其次，最主要的區別在於，飛機的尾跡是快速移動的，而彗星的尾巴移動則相對較慢，尤其是在短影片中可能看不出來。彗星的尾巴始終指向遠離太陽的方向，這個方向是非常固定的。而飛機的尾跡，尤其是尾跡的最明顯部份，幾乎是水平的，而且飛機的尾跡頭部看起來很清晰，尾巴則逐漸淡化，亮度相對較低。這些特征都是很明顯的，如果你掌握了這些知識，就很容易區分彗星和飛機尾跡。
【5】彗星是「災星」嗎？
人類對彗星的觀察可能追溯到非常久遠的年代，我們甚至可以認為史前人類就已目睹過這類天體。只不過，彗星對人類的影響在科學尚未誕生之前是截然不同的。這還得從天文學的發展說起。在早期，天文學並未形成現代科學的一部份，而是在許多民族和文化中，無論東方還是西方，主要以占星術的形式存在。彗星作為一種特殊的天象，自然容易被占星家們聯系到社會和個人事務上。
歷史上，無論是東方還是西方，都有用彗星來解釋社會事件和地面上某些重要現象的例子，比如生死等重大事件。據我所知，例如在公元前44年左右，凱撒大帝遇刺後不久，天空中出現了一顆彗星。當時的占星家們認為，這不是別的，正是我們的最高統治者已經離世，他的靈魂已經升天成為神祇。
這種解釋並非個例。在中國，古代人可能會將彗星的出現與災荒、瘟疫等災難聯系起來。如果地面上真的發生了這樣的事件，人們就會將這兩件事都記錄下來，並進行對比，認為這兩件事是相互關聯的。當然，我個人推測，可能有很多沒有觀點的記錄並沒有被保存下來，所以後人並不一定能看到這樣一些問題。這就是我對彗星對人類影響的一些看法。
第二個話題是關於科學的問題。實際上，不僅僅是彗星，所有關於天體的問題主要都是在牛頓物理學的基礎上發展起來的。人們開始意識到，天上的天體和地面上的物體一樣，都受到一定的物理規律的制約。
於是，人們開始相信，透過學習這些科學知識，就有可能掌握這些天體的運動規律。阿基米德有一句名言：「給我一個足夠長的杠桿和一個支點，我可以撬動整個地球。」這句話表達了一種信念：擁有了科學知識，就能預測現在和未來，無論是在地球上還是宇宙中的其他小天體。
我認為，打破了人們對彗星的恐懼、或者說人們開始從科學的角度來對待彗星，這與牛頓科學的發展有關。以哈雷彗星為例，它與其他彗星不同，不是因為它是被某個人發現並以他的名字命名的，而是因為哈雷自己計算出了這顆彗星的軌域。哈雷與牛頓是好友，他相信牛頓的理論是正確的，因此他繼承了這個理論，並預言了這顆彗星的回歸。這是科學知識賦予我們的能力，讓我們能夠預測並理解這些天體的運動。
在哈雷預測了彗星的周期之後，人們不僅見證了他的預言成真，還追溯了76年前的記錄，發現歷史上確實存在許多76年周期的彗星事件。這一發現消除了人們的疑慮，讓人們意識到彗星與太陽系中的其他行星和天體一樣，從科學角度來看，都只是繞太陽運轉的周期性天體。隨著時間的推移，盡管文化中仍有一些對彗星的銘印，但大多數人不再像過去那樣對彗星感到恐懼或不安。因為科學已經為我們提供了清晰的解釋，我們對這些天體有了更深的理解。
從另一個角度看，科學不僅僅是實用主義的工具，它不僅僅是為了制造有用的東西。哈雷對彗星的科學解釋讓人們不再對彗星的出現感到驚慌，這表明科學更重要的功能是增強人類認識自然界的信心，減少不確定性和恐懼。因此，科學與我們過去所說的理性之間的關系，透過這樣的澄清，大家可能會更加明白。科學讓我們有能力理解並預測自然現象，而不是被它們所左右。
【6】彗星會不會撞擊地球？
關於彗星撞擊地球的問題，實際上這涉及到太陽系中小天體的運動軌跡。最重要的問題在於，人類已經發現地球上存在許多隕石坑，包括一些大規模的古代爆炸事件，這些事件的原因在地面上往往難以追溯。現代科學觀察到，火星表面布滿了類似由天體撞擊形成的坑窪地帶。
因此，目前的科學共識是，在特定的條件下，這些小天體確實有可能撞擊行星，地球也不例外。例如，我們提到的通古斯大爆炸，一些人認為可能就是彗星撞擊地球的結果。當然，這些事件有一定的證據支持，但並不是我們直接觀察到的。古人由於不了解這些科學原理，有時也不知道這些現象的來源。
近年來，1994年舒梅克-列維9號彗星撞擊木星的事件是一個重要的科學發現。這是人類首次親眼目睹小天體撞擊行星的可能性。這一事件表明，從科學原理上講，彗星撞擊地球是完全有可能發生的。這取決於彗星的軌域是否因為其他天體的重力作用而發生改變，如果它的軌域最終指向地球，那麽在地球重力的作用下，它就有可能撞擊地球。
當然，從天文學的角度來看，彗星撞擊地球這類事件實際上是非常低概率的。如果這是高概率事件，那麽地球今天就不會是現在這個樣子。它肯定是一個低概率事件，比如說可能幾千萬年才會發生一次。我們不能說幾年、幾十年、幾百年甚至幾萬年內會發生這樣的事情，這是不可想象的。
需要補充的是，像舒梅克-列維9號彗星撞擊木星時，釋放的能量是巨大的。根據科學家的計算，那相當於大約4億個原子彈的能量。這樣的能量當然是地球無法承受的。我們知道，地球上現有的核武器大約有幾萬顆，威力是非常巨大的，足以多次摧毀地球上的生命。更不用說如果一顆彗星撞擊地球，那對地球的生態和生命肯定是極大的災難。
雖然當時的彗木相撞事件，對人類日常生活影響不大，但對科學界卻有著重大的貢獻。
首先，它為科學家們提供了直接的觀測數據，讓我們能夠直觀地觀察撞擊過程及其對行星造成的後果。
其次，這個事件也啟發了我們對宇宙中其他天體現象的研究。例如，近年來我們研究的宇宙中的Gamma射線暴等現象，很多科學家就是受到彗星撞擊的啟發。當然，這些現象涉及的能量更高，不僅僅是彗星撞擊，比如一個行星撞擊一個恒星的事件。我們認為這些在宇宙中可能發生的事情，用現有的理論難以完全解釋，但這種可能性是存在的。因此，這樣的事件實際上在科學界產生了許多新的研究課題，激發了我們的好奇心。
關於彗星能量的計算，存在很大的不確定性。畢竟，我們只有一次撞擊事件的數據。如果有多次撞擊或者多個類似的事件，我們可以透過統計學的方法來提高估計的準確性。但如果樣本量小，那麽估計的偏差就會很大。
【7】為什麽哈雷彗星很有名？
哈雷彗星之所以有名，首先是因為它在歷史上的重復出現，這是它的一大特點。畢竟，它的周期只有76年，而人類歷史幾千年，因此留下了許多記錄。如果彗星的周期是幾萬年，人類就不可能有這樣的記錄。
第二點，我認為哈雷彗星之所以出名，是因為它對牛頓物理學的一次極好驗證。這樣的驗證讓人們更加相信科學，尤其是在西方，這引發了對基督教神學的某些反思，這非常重要。
此外，哈雷彗星是第一個能夠被準確預測的天體，這也是它引起廣泛關註的原因之一。
至於彗星的壽命，我們有兩個概念。第一個概念是，是否有揮發性物質來維持彗星的形態。但即使彗星的物質不再揮發，它也仍然存在。第二個方面，我們觀察到彗星有時會分裂，這當然會影響它的壽命，因為它的狀態發生了變化。
所以，就目前的科學認識而言，彗星的壽命還是不可預測的。取決於多種因素，包括它的物質組成和它在太陽系中的動態變化。
【8】當我們研究彗星，我們都在研究什麽
一是彗星撞擊地球的防範問題。一是彗星物質的研究。
關於彗星撞擊地球，我們知道彗星容易蒸發，如果我們知道它的軌域，是否可以發射一個人造天體，用激光或其他手段使其蒸發？這可能比處理小行星還要容易一些。這聽起來可能像是異想天開，但我認為並不是。想想戰爭中的攻擊性導彈和防禦性導彈，這只是技術層面的問題。
其次，彗星對太陽系起源和生命的影響。如果我們能夠精確地操控彗星，將固態的彗星引導至行星，比如火星，那麽它攜帶的冰——即水——可能會帶來生命所需的條件。我們知道，目前太陽系中只有地球上存在水。如果彗星真的能夠帶來水，那麽人類就可以在其他星球上生存，這將極大地擴充套件我們的生存空間。
這些想象可能對個人來說並不重要，但對整個人類的命運來說，卻是非常重要的。我們需要權衡利弊，這當然也符合我們所說的辯證法——在矛盾中尋求統一。對彗星的認識和科學家們的研究，本身就是從趨利避害兩個方面進行的。
來源：九派新聞
