愛好者於2024年5月13日拍攝的C/2023 A3，彗星亮約10等，有明顯的亮彗尾。版權 / 李泰祺
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引言
自二十世紀九十年代海爾-波普彗星（C/1995 O1, Hale-Bopp）以來，北半球已近三十年未曾見到一顆真正的大彗星。而今，C/2023 A3
（TsuchinshanATLAS，紫金山-阿特拉斯彗星）的出現，為北半球沈寂已久的天空點燃了一絲希望。近期，這顆彗星的種種表現引發了天文學家們的廣泛討論與關註。
彗星是由冰、塵埃和其他揮發性物質組成的天體，當它們接近太陽時，受太陽輻射作用，彗星表面的揮發物會昇華，釋放出氣體並帶出塵埃，形成彗發和彗尾。而所謂的「大彗星」通常指那些在天空中極為明亮、顯眼，並且可以被肉眼清晰看到的彗星。這些彗星以其壯觀的外貌和強烈的視覺沖擊力，在歷史上廣為人知。它們之所以被稱為「大彗星」
，是因為它們不僅亮度極高，其尾巴也在夜空中尤為醒目
。
1577年大彗星掠過布拉格上空。 來源 / Wikipedia
壯觀的大彗星天象往往讓人們心馳神往。回想當年，海爾-波普彗星的出現曾在社會上引發了廣泛的關註與反響。遺憾的是，自千禧年以後，我們在北半球再也沒見到過如此現象級的彗星。
最近一次引起轟動的大彗星是在2007年掠過南半球天空的麥克諾特彗星
（C/2006 R1, McNaught）。而北半球能夠觀測到的上一顆較為明亮的彗星是2020年中掠過太陽的新智彗星
（C/2020 F3, Neowise），其亮度一度達到零等，與織女星相匹敵。然而即便如此，它也未能躋身大彗星的行列。值得一提的是，在2019年末，北半球還曾迎來一位「世紀大彗星」候選者
C/2019 Y4，它的預測亮度曾一度達到驚人的-24.7等。然而遺憾的是，這顆「世紀大彗星」最終在到達近日點之前就已碎裂消散
，使我們痛失了一次觀測大彗星的機會。
抵達近地點附近的麥克諾特彗星。 來源 / Wikipedia
由於彗星特有的神秘與不可預測性
，系統性觀測和精確預測其行為是極具挑戰性的
。彗核通常被一層由塵埃和等離子態氣體組成的明亮彗發所包裹，使直接觀測彗核變得更加困難。然而，大彗星因其接近地球的距離和極高的亮度，為天文學家們提供了絕佳的觀測機會，幫助我們更深入地了解這一類神秘天體。
盡管不同天文學家對C/2023 A3的亮度預測有所差異，但大家普遍認為，得益於前向散射效應，這顆彗星的亮度至少將達到負星等
。屆時，傍晚的天空將被這一嶄新的天體所點亮
。那麽，這顆彗星的起源是什麽？它將出現在何處？科學家們對它的看法又是怎樣的呢？
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起源與現狀
C/2023 A3的發現過程可謂一波三折。這顆彗星最初於2023年1月9日由紫金山天文台盱眙觀測站首次觀測到
，並向小行星中心（MPC）報告。然而，在隨後的時間裏，由於沒有進一步的觀測報告，它被認為已經遺失
，因此在1月30日被從待確認物體名單中移除
。然而，時隔44天後的2月22日，這顆彗星再次被位於南非修打蘭的南非天文台（SouthAfrican Astronomical Observatory,SAAO）使用「小行星撞擊地球末期警報系統」
（Asteroid Terrestrial-impactLast Alert System, ATLAS）重新發現，並最終確認其為一顆彗星
。
在天文學中，軌域周期超過200年的彗星通常被稱為長周期彗星
，而C/2023A3正是此類彗星。其軌域偏心率高達1.00009，屬於典型的近拋物線彗星
，軌域周期極其漫長。此外，其軌域傾角為139.1度，屬於逆行軌域，表明該天體來自遙遠的奧爾特雲
（Oort Cloud）。
C/2023 A3彗星軌域投影。來源 / 紫金山天文台
根據美國噴射動力實驗室（JPL）的計算，目前C/2023 A3在黃道面上的投影位於太陽系另一側的金星軌域附近，距離太陽約0.78個天文單位，距離地球約1.74天文單位。該彗星正晝夜不停地向近日點
飛奔，並預計將在今年9月27日抵達
。屆時，它與太陽的距離僅為0.391天文單位。隨著彗星不斷靠近太陽和地球，其亮度也在持續增加。截至8月9日，這顆彗星的亮度已達到8.7等。此刻它正逐漸消失在太陽的光暈裏，變得越來越難以觀測。A3將在九月份沖出太陽光暈，以更宏偉的姿態重回人們的視野
。樂觀估計，10月9日其亮度可能達到-1.5等
。屆時，傍晚的西邊天空將被這顆與木星亮度相當的天體所點亮，並且在10月中旬之前
，這顆彗星將在傍晚的天穹上逐漸升高，同時也會逐漸變暗
。
C/2023 A3彗星軌域執行天區。來源 / Vito Technology, Inc.
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討論
一般來說，彗星的亮度會隨著其日心距和地心距的減小而逐漸增加。然而，C/2023 A3並未嚴格遵循這一規律。根據小行星中心（MPC）和斯洛文尼亞CrniVrh天文台彗星觀測數據中心（COBS）的數據顯示，這顆彗星在今年四月中旬至七月中旬期間，幾乎沒有出現光度變化
。這一現象引發了天文學家們的廣泛討論和關註。科學家們擔心，C/2023 A3可能會像幾年前的C/2019 Y4一樣，在接近近日點之前解體（或者已經開始解體），讓我們再次錯失觀測一顆大彗星的機會。
一月中旬至七月中旬C/2023 A3的光度變化。來源 / cobs.si/analysis
彗星亮度的變化受多種因素影響，除了日心距和地心距的變化外，天文學家通常還會參考以下因素來預測彗星的亮度變化：
【
彗星相位角
】
彗星相位角是指地球-彗星-太陽之間的夾角。類似於月相，不同的觀測角度會對彗星的亮度產生影響。當相位角接近0度時，彗星會形成沖日現象，此時亮度會相應增加，類似於滿月的效果。
【
彗星塵氣比
】
彗星的塵氣比指的是彗發和彗尾中塵埃與氣體的比例。由於彗星是反射光源，彗發塵埃能反射更多的太陽光，因此塵氣比是決定彗星亮度的重要因素之一。當塵埃比例較高且相位角接近180度時，彗星會出現「前向散射」現象，導致亮度急劇增加。
與一般人的印象不同，彗星解體其實相當普遍
。就像兩年前的C/2019 Y4一樣。彗星的結構松散，由塵埃和冰組成，當它們以極高速度接近太陽時，受到強大的重力和高溫作用，解體也就不足為奇了。1993年發現的著名的舒梅克-列維9號（SL9）彗星在低空飛掠木星時（距木星頂層大氣僅2.5萬千米），被木星的強大潮汐力撕裂，最終撞擊木星。
1994年5月17日，哈伯空間望遠鏡拍攝到的舒梅克-列維9號彗星。版權 / NASA/HST
基於現有的彗星研究，彗星解體的機制主要包括以下幾種：
1.當彗星與大質素天體（如太陽或大型行星）發生近距離接觸時，彗星內部因重力差異承受的拉力超過其材料的抗拉強度，從而引發潮汐分裂
。
2.當彗核自轉產生的離心力超過其抗拉強度時，彗核會發生自轉分裂
。高抗拉強度的「致密」彗核通常會從中心開始分裂，而低抗拉強度的彗核則可能從表面產生大量碎片。自轉分裂的發生取決於彗核的自轉速度，並可能在任何日心距離處發生。
3.隨著彗星與太陽的距離減小，太陽輻射的加熱效應會深入彗核內部，從而在彗核內部產生熱應力
。如果這種熱應力超過了彗星材料的強度，就可能導致彗核的分裂甚至瓦解。
4.當彗星接近太陽時，次表層的高揮發性冰（如一氧化碳冰或幹冰）昇華，可能導致彗核內部氣壓升高
。如果氣壓無法透過表面的活動釋放，就有可能超過彗核的抗拉強度，導致彗星分裂。彗星內部氣壓可導致局部表面爆裂或彗核整體破裂。這兩種情況都依賴於彗星的活躍性，因此只會在較小的日心距離處發生。
5.彗核可能會因與其他太陽系天體（如小行星）發生超高速碰撞
而引發分裂。由於彗星體積較小且結構松散，即便撞擊體本身比彗核更小，也可能摧毀整個彗核。
對於A3的亮度異常，部份天文學家認為是由相位效應
引起的，另一些則持不同意見。盡管最新觀測表明A3的彗核並未產生可見碎片，但哥倫比亞天文學家伊格納齊奧·費倫和美國天文學家茲德涅克·塞卡尼納等人依然認為這顆彗星已經在解體過程中。塞卡尼納認為，A3的亮度未隨日心距減小而增加，可能是由於解體引起
的。他假設該彗星表面活性約為5%，因此推測A3擁有巨大的表面積，這可能是彗星解體所致。而費倫則提出，A3可能正在以一種「新穎」的方式解體——彗核被一層極細小的物質包裹，幾乎不存在相位效應，同時彗核以極高的速度自轉，在離心力作用下逐層向外拋灑細小物質，而沒有產生任何大塊碎片。
以在美國亞利桑那州洛厄爾天文台（Lowell Observatory）擔任博後的張其騁為首的天文學家則認為，A3的表現完全正常，主要原因是相位效應能夠解釋觀測到的光度曲線。此外，張其騁提出，由於長周期彗星的表面活動性可能接近100%，甚至可能由於彗核周圍微小碎片的昇華而超過100%，因此彗核尺寸也相對合理。
筆者在紫金山天文台進行了對C/2023 A3的調研工作，並在對比了一些已解體彗星和與A3表現相似的彗星光度變化後，更傾向於支持張其騁博士的觀點，並對C/2023 A3的前景持樂觀態度
。經過相位修正後，筆者得到了一條與觀測數據吻合的光度曲線，並認為該彗星的行為並未表現出明顯的解體跡象。近幾日A3的亮度已經有了再次增加的跡象。如果一切順利，它將會在十月中旬跟隨著太陽在傍晚掠過西邊的天空，此後將與我們永不再見
。當然，鑒於彗星難以捉摸的特性，世界上任何一位天文學家都無法完全確定A3能夠安全透過近日點並完整抵達地球附近。
筆者對C/2023 A3光度變化分析與樂觀預測。版權 / 紫金山天文台
那麽，面對這樣難得一遇的觀測機會，我們應當做些什麽準備呢？這顆彗星又能帶給我們哪些有用的資訊呢？
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展望
自現代天文學發展以來，天文學家們一直致力於利用各種器材觀測彗星。而大彗星由於其接近地球且亮度較高，為我們探索彗星的奧秘提供了絕佳機會。首先，透過研究大彗星的軌域和動態變化
，可以幫助我們進一步理解彗星的形成和演化機制
。其次，分析彗星的物質組成
，特別是其中揮發性成分的比例，有助於揭示彗星的起源以及太陽系早期的物質狀況
。
彗星反射的電磁波也會涵蓋許多重要資訊，因此不同波段下的彗星觀測也十分重要。例如，1997年海爾-波普彗星光臨地球時，世界各地的天文學家對此表現出了極大的關註。巴黎文理大學（Paris Sciences and LettersUniversity）的雅各·克羅維西埃（Jacques Crovisier）教授透過紅外太空望遠鏡觀測到海爾-波普彗星中水、一氧化碳與二氧化碳的比例約為10:6:2，並利用三台射電望遠鏡檢測到超過22種分子、自由基和離子，以及若幹同位素分子。其中有6種分子是首次在彗星中被檢測到的。
類似的觀測方法也可以套用於C/2023 A3。在可見光波段，我們可以直接觀測彗發和彗尾的形態與變化。透過分析光度曲線和亮度分布，科學家可以研究彗星塵埃粒子的分布、大小以及彗尾的動態演化。可見光還能夠幫助分析彗發中灰塵與氣體的比例，這對於了解彗星的反射特性、塵埃成分及預測彗星亮度具有重要意義。在射電波段，天文學家可以探測彗星中某些分子的特征譜線，如氰基（CN）、甲醇（CHOH）和氨（NH）等，從而深入研究彗星的化學組成。在紅外波段，天文學家可以探測彗星中存在的揮發性物質（如水冰、一氧化碳、二氧化碳等）的發射譜線，以分析這些物質的種類和豐度。透過持續觀測，我們還能夠了解彗星的活動性演化，並行現可能存在的氣體爆發。如果C/2023 A3最終迎來解體的命運，觀測將幫助我們盡可能推測導致彗星解體的原因，為進一步了解這種神秘天體做出貢獻。
對於大眾而言，大彗星也具有深遠的意義。這不僅涉及天文學知識的普及和教育，還與文化、歷史、審美和社會心理等方面緊密相關。畢竟，能與家人、朋友或愛人一起觀賞這場數十年甚至百年一遇的壯觀天象，是一件極具浪漫色彩的事情。當大彗星出現時，往往成為社會集體關註的焦點。就像二十多年前的海爾-波普彗星一樣，媒體大量報道，人們爭相觀看，這種現象常常成為一代人的集體記憶。盡管C/2023 A3的亮度可能不及海爾-波普彗星，但我們仍可以用肉眼或小型望遠鏡，邀請三五好友，在十月上旬的傍晚眺望西邊的天空，共享這難得一見的美景。
C/2023 A3彗星影像。來源 / 紫金山天文台
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後記
正如美國著名天文學家弗雷德·惠普爾（Fred Lawrence Whipple）所言，預測彗星的行為就像在賽馬比賽中選中贏家
。彗星正是如此充滿不確定性和神秘的天體
，但也正是這種不確定性，為我們提供了研究和深入了解彗星的寶貴機會。
作者簡介 /
王壬
，倫敦大學學院（UCL）天體物理專業碩士研究生。掌握宇宙學、光譜學及行星科學等相關知識，熱衷天文觀測，對太陽系天體研究感興趣。
趙海斌
，紫金山天文台研究員，行星科學與深空探測研究部主任，中國天文學會理事。主要從事太陽系小天體的觀測、動力學和物理特性研究，周期彗星P/2007 S1（Zhao）以其姓氏命名。
來源：中國國家天文
編輯：ArtistET
