10月13日，华山西峰，黄昏时分的彗星。华中科技大学教授徐学军/摄
文|郑小平（湖北省天文学会理事长，华中师范大学/华中科技大学教授）
本文由作者参加九派新闻“九派圆桌”直播讨论《彗星来信，一眼六万年》时的发言整理而成，发布前经作者审阅。
【1】为何是“六万年一遇”？
这要从彗星的轨道说起。彗星和其他行星的运动都受到万有引力的支配，只不过彗星的轨道，无论是椭圆形的还是抛物线的，其偏心率都较大，这意味着它们的轨道周期非常长，所以有“六万年一遇”这样的说法。
这并不是说，我们知道了6万年前的彗星是什么情况，而是说在不直接接触它的情况下，可以通过一定时期的观测来推测它的轨道，根据轨道的特性，计算出它的轨道周期。
阿特拉斯彗星是在2023年1月份被紫金山天文台首次发现的。天文学家们利用一段时间的观测数据，计算出其轨道周期大约是61000多年。
目前有关彗星、流星和陨石的讨论，都指向了宇宙天体起源的问题。
彗星实际上是太阳系中的小天体，而太阳系中的小天体还包括小行星。彗星和小行星的不同之处在于，小行星基本上是岩石质的固体，而彗星在太阳系外围看似固体，实际上是冰状的。
彗星可能起源于太阳系的边缘地区，比如有的人认为在奥尔特云，还有的人认为是由于天王星、海王星的某些迁移造成的。这些观点并没有统一的定论。长周期彗星和短周期彗星可能起源于不同的地方。当彗星进入太阳附近时，可能会受到其他行星的影响，但有人认为它们的起源地不同，导致了长周期和短周期彗星的形成。
【2】紫金山彗星是“大彗星”吗？
关于天体的“大”，这个概念实际上与我们日常所说的“大”有所不同。我们通常所说的“大”，往往是从感官上，特别是视觉上来判断的。比如，我们看到彗星的尾巴很长，头部很亮，我们就认为它“大”。但在天文学中，“大”实际上是指天体的质量。一个天体如果质量大，我们就说它“大”。
然而，直到今天，我们还不能肯定地说，从视觉上看到的“大”的天体，其质量就一定大。
例如，小行星的质量越大，尺度越大，看起来就越亮。但彗星的主要亮度来自于它的挥发性物质，这些物质的多少、浓度以及离开彗核的距离都与它的成分有关。因此，彗星的亮度比较复杂，有时候即使是小的彗星也能展现出非常辉煌的景象。
【3】彗星的亮度怎么测量？
我们观察到天空中的天体发光有两种不同的情况。一种是恒星，它们自身能够产生光和热。另一种是行星，这样的天体，它们本身并不发光，而是在太阳系中反射太阳光。
我们对彗星的亮度定义与其他天体的亮度定义并没有太大区别。关于亮度的比对，古希腊时期就已经存在一些方法。例如，我们用肉眼能够看到的星星，被划分为六个不同的星等。我们的亮度判断就是基于这些星星的对比，从而得知它们的亮度。当然，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样的。当我们谈论彗星的亮度时，可能更多地是在关注它的肢体部分。
但实际上我们并不需要去直接测量天体的亮度。当然，这里还要简单介绍一下亮度的概念。亮度的物理本质是指我们的肉眼或观测设备在单位时间和单位面积内接收到的总光子数，这是现代物理学中的一个基本指标。无论是金星、彗星还是其他天体，它们的亮度都是通过这样的度量得出的结果。我们区分行星、彗星和其他天体，是因为它们的形态特征有很大的不同。例如，彗星具有彗核，并拖着一条长长的尾巴，而我们观察到的行星和恒星则呈现为点光源。
因此，从形态上我们就可以初步判断它们是不同的天体，这是我们识别它们的一种最直观的方法。
按照我们现代人的标准，尤其是近代以来，人们有了比较严格的记录习惯，所以对彗星的观测可能更为准确。但对于更早期的记录，由于当时缺乏科学的年代记录方法，所以对于那时的人们是否真正看到了彗星的亮度，我们还真不能确定。从那些古老的文献中，我们也无法准确判断当时的彗星到底有多亮，量级有多大。而波普海尔彗星的出现，由于我们有了很好的观测手段和详细的记录，我个人认为，它可能是我们至今为止观测到的最亮的彗星之一。
9月29日，华中科技大学，拂晓时分的彗星。华中科技大学教授徐学军/摄
【4】紫金山彗星为什么有一条长尾巴
彗星主要由冰、二氧化碳、甲烷、氢化物、硫化物等组成，还包括一些尘埃物质。彗星与我们所说的岩石型小行星不同，它的结构比较松散。因此，当这些物质遇到太阳辐射的照射时，很容易挥发。所以，当彗星接近太阳时，强大的太阳辐射会使这些易挥发的物质蒸发出来，从而形成彗尾的结构。
实际上，彗星的彗尾根据物质的不同，可以分为两种：一种是我们肉眼可见的黄色尘埃彗尾，这是因为彗星中包含的宇宙尘埃在太阳辐射下被抛出，呈现出黄色，这种彗尾通常较亮且容易观察到；另一种是离子彗尾，这是由彗星中的化合物在太阳辐射下不仅蒸发，还可能电离，形成带电粒子流。离子彗尾通常呈现蓝色或淡蓝色，但其亮度有时受到波长的影响，因此看起来不那么明亮，有时甚至难以用肉眼观察到。
波普海尔彗星，展示了两条非常美丽的尾巴，一条是黄色的，另一条是淡蓝色的。当然，如果我们使用专业的设备进行观测，彗星核心是否有其他活动也尚未可知。此外，刚才提到彗星的尾巴长度，我认为这次观测到的算是比较长的，但这个长度可能与彗星中物质的多少以及它受到太阳辐射的影响有关。因此，我们有时可能会看到更长的彗尾，有时也可能看到更短的。
如果我们研究彗星，发现它有特殊之处，那肯定是因为我们观察到它的物质组成可能有所不同。至于轨道问题，老实说，自从几百年前我们有了望远镜以来，这并不是什么稀奇的事情。所以至少到目前为止，专业领域并没有特别关注这颗彗星，但作为一个科学普及和教育的机会，这几年彗星的到来为大家提供了一个很好的学习机会。
有些人会将飞机尾迹当成彗尾。飞机尾迹在天空中也是亮的，后面拖着一条尾巴，但它们之间的区别是很大的。
首先，你看到的特别清楚的是飞机的飞行轨迹，这与彗星的轨迹大不相同。其次，最主要的区别在于，飞机的尾迹是快速移动的，而彗星的尾巴移动则相对较慢，尤其是在短视频中可能看不出来。彗星的尾巴始终指向远离太阳的方向，这个方向是非常固定的。而飞机的尾迹，尤其是尾迹的最明显部分，几乎是水平的，而且飞机的尾迹头部看起来很清晰，尾巴则逐渐淡化，亮度相对较低。这些特征都是很明显的，如果你掌握了这些知识，就很容易区分彗星和飞机尾迹。
【5】彗星是“灾星”吗？
人类对彗星的观察可能追溯到非常久远的年代，我们甚至可以认为史前人类就已目睹过这类天体。只不过，彗星对人类的影响在科学尚未诞生之前是截然不同的。这还得从天文学的发展说起。在早期，天文学并未形成现代科学的一部分，而是在许多民族和文化中，无论东方还是西方，主要以占星术的形式存在。彗星作为一种特殊的天象，自然容易被占星家们联系到社会和个人事务上。
历史上，无论是东方还是西方，都有用彗星来解释社会事件和地面上某些重要现象的例子，比如生死等重大事件。据我所知，例如在公元前44年左右，凯撒大帝遇刺后不久，天空中出现了一颗彗星。当时的占星家们认为，这不是别的，正是我们的最高统治者已经离世，他的灵魂已经升天成为神祇。
这种解释并非个例。在中国，古代人可能会将彗星的出现与灾荒、瘟疫等灾难联系起来。如果地面上真的发生了这样的事件，人们就会将这两件事都记录下来，并进行对比，认为这两件事是相互关联的。当然，我个人推测，可能有很多没有观点的记录并没有被保存下来，所以后人并不一定能看到这样一些问题。这就是我对彗星对人类影响的一些看法。
第二个话题是关于科学的问题。实际上，不仅仅是彗星，所有关于天体的问题主要都是在牛顿物理学的基础上发展起来的。人们开始意识到，天上的天体和地面上的物体一样，都受到一定的物理规律的制约。
于是，人们开始相信，通过学习这些科学知识，就有可能掌握这些天体的运动规律。阿基米德有一句名言：“给我一个足够长的杠杆和一个支点，我可以撬动整个地球。”这句话表达了一种信念：拥有了科学知识，就能预测现在和未来，无论是在地球上还是宇宙中的其他小天体。
我认为，打破了人们对彗星的恐惧、或者说人们开始从科学的角度来对待彗星，这与牛顿科学的发展有关。以哈雷彗星为例，它与其他彗星不同，不是因为它是被某个人发现并以他的名字命名的，而是因为哈雷自己计算出了这颗彗星的轨道。哈雷与牛顿是好友，他相信牛顿的理论是正确的，因此他继承了这个理论，并预言了这颗彗星的回归。这是科学知识赋予我们的能力，让我们能够预测并理解这些天体的运动。
在哈雷预测了彗星的周期之后，人们不仅见证了他的预言成真，还追溯了76年前的记录，发现历史上确实存在许多76年周期的彗星事件。这一发现消除了人们的疑虑，让人们意识到彗星与太阳系中的其他行星和天体一样，从科学角度来看，都只是绕太阳运转的周期性天体。随着时间的推移，尽管文化中仍有一些对彗星的印记，但大多数人不再像过去那样对彗星感到恐惧或不安。因为科学已经为我们提供了清晰的解释，我们对这些天体有了更深的理解。
从另一个角度看，科学不仅仅是实用主义的工具，它不仅仅是为了制造有用的东西。哈雷对彗星的科学解释让人们不再对彗星的出现感到惊慌，这表明科学更重要的功能是增强人类认识自然界的信心，减少不确定性和恐惧。因此，科学与我们过去所说的理性之间的关系，通过这样的澄清，大家可能会更加明白。科学让我们有能力理解并预测自然现象，而不是被它们所左右。
【6】彗星会不会撞击地球？
关于彗星撞击地球的问题，实际上这涉及到太阳系中小天体的运动轨迹。最重要的问题在于，人类已经发现地球上存在许多陨石坑，包括一些大规模的古代爆炸事件，这些事件的原因在地面上往往难以追溯。现代科学观察到，火星表面布满了类似由天体撞击形成的坑洼地带。
因此，目前的科学共识是，在特定的条件下，这些小天体确实有可能撞击行星，地球也不例外。例如，我们提到的通古斯大爆炸，一些人认为可能就是彗星撞击地球的结果。当然，这些事件有一定的证据支持，但并不是我们直接观察到的。古人由于不了解这些科学原理，有时也不知道这些现象的来源。
近年来，1994年舒梅克-列维9号彗星撞击木星的事件是一个重要的科学发现。这是人类首次亲眼目睹小天体撞击行星的可能性。这一事件表明，从科学原理上讲，彗星撞击地球是完全有可能发生的。这取决于彗星的轨道是否因为其他天体的引力作用而发生改变，如果它的轨道最终指向地球，那么在地球引力的作用下，它就有可能撞击地球。
当然，从天文学的角度来看，彗星撞击地球这类事件实际上是非常低概率的。如果这是高概率事件，那么地球今天就不会是现在这个样子。它肯定是一个低概率事件，比如说可能几千万年才会发生一次。我们不能说几年、几十年、几百年甚至几万年内会发生这样的事情，这是不可想象的。
需要补充的是，像舒梅克-列维9号彗星撞击木星时，释放的能量是巨大的。根据科学家的计算，那相当于大约4亿个原子弹的能量。这样的能量当然是地球无法承受的。我们知道，地球上现有的核武器大约有几万颗，威力是非常巨大的，足以多次摧毁地球上的生命。更不用说如果一颗彗星撞击地球，那对地球的生态和生命肯定是极大的灾难。
虽然当时的彗木相撞事件，对人类日常生活影响不大，但对科学界却有着重大的贡献。
首先，它为科学家们提供了直接的观测数据，让我们能够直观地观察撞击过程及其对行星造成的后果。
其次，这个事件也启发了我们对宇宙中其他天体现象的研究。例如，近年来我们研究的宇宙中的伽马射线暴等现象，很多科学家就是受到彗星撞击的启发。当然，这些现象涉及的能量更高，不仅仅是彗星撞击，比如一个行星撞击一个恒星的事件。我们认为这些在宇宙中可能发生的事情，用现有的理论难以完全解释，但这种可能性是存在的。因此，这样的事件实际上在科学界产生了许多新的研究课题，激发了我们的好奇心。
关于彗星能量的计算，存在很大的不确定性。毕竟，我们只有一次撞击事件的数据。如果有多次撞击或者多个类似的事件，我们可以通过统计学的方法来提高估计的准确性。但如果样本量小，那么估计的偏差就会很大。
【7】为什么哈雷彗星很有名？
哈雷彗星之所以有名，首先是因为它在历史上的重复出现，这是它的一大特点。毕竟，它的周期只有76年，而人类历史几千年，因此留下了许多记录。如果彗星的周期是几万年，人类就不可能有这样的记录。
第二点，我认为哈雷彗星之所以出名，是因为它对牛顿物理学的一次极好验证。这样的验证让人们更加相信科学，尤其是在西方，这引发了对基督教神学的某些反思，这非常重要。
此外，哈雷彗星是第一个能够被准确预测的天体，这也是它引起广泛关注的原因之一。
至于彗星的寿命，我们有两个概念。第一个概念是，是否有挥发性物质来维持彗星的形态。但即使彗星的物质不再挥发，它也仍然存在。第二个方面，我们观察到彗星有时会分裂，这当然会影响它的寿命，因为它的状态发生了变化。
所以，就目前的科学认识而言，彗星的寿命还是不可预测的。取决于多种因素，包括它的物质组成和它在太阳系中的动态变化。
【8】当我们研究彗星，我们都在研究什么
一是彗星撞击地球的防范问题。一是彗星物质的研究。
关于彗星撞击地球，我们知道彗星容易蒸发，如果我们知道它的轨道，是否可以发射一个人造天体，用激光或其他手段使其蒸发？这可能比处理小行星还要容易一些。这听起来可能像是异想天开，但我认为并不是。想想战争中的攻击性导弹和防御性导弹，这只是技术层面的问题。
其次，彗星对太阳系起源和生命的影响。如果我们能够精确地操控彗星，将固态的彗星引导至行星，比如火星，那么它携带的冰——即水——可能会带来生命所需的条件。我们知道，目前太阳系中只有地球上存在水。如果彗星真的能够带来水，那么人类就可以在其他星球上生存，这将极大地扩展我们的生存空间。
这些想象可能对个人来说并不重要，但对整个人类的命运来说，却是非常重要的。我们需要权衡利弊，这当然也符合我们所说的辩证法——在矛盾中寻求统一。对彗星的认识和科学家们的研究，本身就是从趋利避害两个方面进行的。
来源：九派新闻
微信编辑：伍斯琪
