与我们前面所说的天体相比，彗星有着特殊的形状和巨大的轨道偏心率，而且出现的次数非常少。在很长一段时间内，彗星的结构和本质都十分神秘，人们对这类天体有着很大的兴趣。我们可以观测到的地球附近的一颗彗星（更准确地说法是，太阳附近的彗星）是由三部分构成的，但每个部分之间不存在明显界限，而是连成一片。

首先，我们会看见一个星状物，这是彗星的核。

然后，核的周围是一片模糊的云状物，一直延伸到边际，而我们无法确定它的边界，这被称为“慧发”（coma）。核和发结合起来构成了彗星的头部，看起来好像是云雾中有一颗星星在闪闪发光。

最后，我们看见的是彗星的尾部，长短不一，各种各样的都有。小彗星的尾巴小到几乎看不见，而大彗星的尾巴能够占据好大一片面积。彗星尾部与头部相连的地方又窄又亮，越往后变得越宽，而且越来越散漫，所以它看起来类似于扇形。在末尾时，它变得模糊不清，与天空连成一片，根本不清楚它消失在什么地方。

彗星的亮度有着巨大差异，最亮的拥有耀眼的光芒，但大部分是无法用肉眼看见的。有时候，一颗小彗星的尾部无法看见，但这是在最暗淡的情况下；有时候，我们几乎看不见彗星的核，只能看见一小片云雾状的东西，像是一朵云，但中间比较亮。

通过历史记录得知，100年中能够以肉眼看见的彗星大约是二十多颗。不过，当通过望远镜观察时，我们发现彗星的数目非常多，简直超出人们的想象。每年的观测者都会发现一大批彗星。显然，这个数目依靠的是观测者的技术，还有难以预料的时机。有时候，同一颗彗星会被好几位观测者观察到。这时，第一个将这颗彗星的准确位置上报给天文台的人，将会被认为是这颗彗星的发现者。

彗星的命名需要遵守一些规则。因为大部分彗星的出现没有规律，而是随机的，即使是周期彗星也都拥有很长的周期。一般来说，彗星的名字使用的是发现者的名字，然后将公历年份加在名字之前，最后根据这一年发现彗星的次序添加拉丁字母a、b、c……不过，发现者也可以自己命名。

彗星的运行轨道

望远镜出现之后，彗星是绕着太阳运行的，这一点与行星相似。牛顿证明，彗星的运动类似于行星的运动，同样是由太阳的引力决定的。这两者的最大区别是：彗星的轨道不像行星的轨道近似于圆形，它们的轨道是扁长的，甚至难以确定远日点在什么地方。接下来，我们解释一下彗星轨道的性质，以及涉及到的一些定律。

牛顿说，只要是受到太阳引力的物体都会沿着圆锥曲线运动。（公元前四世纪，希腊数学家密勒克姆首先提出了圆锥曲线的概念。当平面与圆锥相交时，可能会产生3条曲线。这时候，如果移动的平面与圆锥的任一母线都不平行，所得的截线是椭圆；如果移动的平面与圆锥的一条母线平行，所得的截线是抛物线；如果移动的平面从两个腔中穿过，所得的截线是双曲线。）圆锥曲线分为三种：椭圆、抛物线、双曲线。第一种是人们都很熟悉的首尾连起来的曲线，而后两种都是两个分支向着远方无限延伸。抛物线的两个分支在很远的地方几乎向着同一个方向伸展，但双曲线的两个分支永远是分开的。

当我们对这三种曲线有所了解之后，我们进行一个思维实验。假如我们位于地球绕着太阳公转轨道的某个点上，为了打发寂寞的时光，我们开枪来消磨时间，让射出的子弹绕着太阳运行，就像小行星一样。对于发射出去的子弹来说，如果速度低于地球的公转速度，即小于29.8千米/秒的，它们都会绕着太阳运行，而且运行轨道要比地球的公转轨道小，无论子弹是朝着什么方向射出的都是一样；如果速度与地球的公转速度相同，它们的运行轨道等于地球的公转轨道，而且周期相同，所有子弹用一年的时间绕着太阳运行一周，最后汇集于出发点；如果速度比地球的公转速度快，即大于29.8千米/秒，它们的运行轨道要比地球的公转轨道大，随着速度的增大，公转周期也会变长。假如子弹的速度大于41.8千米/秒，它们便能摆脱太阳的吸引力，从而沿着双曲线的一端一去不复返了。无论我们朝着哪个方向开枪，最终都会出现这种情况。因此，在太阳周围的一定区域内，有着一定的速度限制，当速度超过了这个限制时，彗星便会挣脱太阳的束缚，一去不回了；如果无法超越这个限制，太阳的引力会把它拉回来。

与太阳的距离越近，速度的限制也会越大。速度与到太阳距离的平方根是反比关系，所以当距离增大为原来的4倍时，速度便会减小为原来的一半。空间中任意一点的速度限制很容易计算出来，将行星沿着轨道运行时经过这一点的速度乘以2的平方根1.414即可。

因此，假如天文学家能够知道一颗彗星经过运行轨道中的某个已知点的速度，他就可以测量出这颗彗星远日点的距离，还可以计算出它的回归周期。将这颗彗星在可见期内观测到的数据进行分析，天文学家便能得出关于这个问题的准确答案。

实际上，我们发现的所有彗星的运行速度都没有超过那个限制。需要注意的是，在观测时有些彗星的速度稍微大于太阳引力所允许的最大速度，但超出的部分可能存在于误差范围内。有些彗星的速度非常接近限制速度，但无法弄清楚它比限制速度小还是大。因此，这些彗星的运行轨道在太阳系的边缘地区，需要经过几百年或者几千年甚至是几万年才能回来。有些彗星的运行速度要远远小于限制速度，它们绕着太阳公转一周的时间比较短，所以叫做“周期彗星”（periodic comets）。

据我们所知，大部分彗星属于这一类。我们觉得，彗星是太阳系边缘的挥发性元素凝聚成的，它们好像是一个存储器，将太阳星云早期的信息保存下来。假如一颗彗星朝着太阳运行，它便会进入到太阳中去，但这种情况从来没有出现过，而且根据下面的理由永远不会发生。彗星与太阳之间的距离越近，它的运行速度就越快，运行轨道也会越大，由此产生巨大的离心力，沿着与来时相似的方向返回。

由于彗星比较暗淡，即使通过望远镜也得在它位于近日点附近时才能观察到。这就是彗星周期难以测定的原因，尤其是运行速度快、回归周期长的彗星。

哈雷彗星

在所有的彗星中，第一个被发现存在回归周期的是哈雷彗星（Halley’s comet），它是天文学史上著名的彗星。1682年8月，这颗彗星出现了一个月的时间。哈雷根据观测所得的数据，计算出彗星的运行轨道。他发现，这颗彗星的运行轨道的特征符合开普勒在1607年所描述的那颗明亮彗星的运行轨道。

两颗彗星沿着同一个轨道运行，这好像是不可能的事情。因此，哈雷推断，这颗彗星的运行轨道是椭圆形，而它的运行周期大约是76年。如果事实真是如此的话，这颗彗星每隔76年就会出现一次。

于是，他根据这个周期向前追溯，看看是否有关于这颗彗星的记录。1531年是用1607年减去76得到的年份，他发现这一年确实出现过一颗彗星，他认为这就是上文所说的那颗彗星。从1531年再往前推大约76年，这就是1456年。在这一年，果然出现了一颗彗星，而且这颗彗星曾经导致基督教国家陷入恐慌，所以教皇加利斯都三世下令祈祷，一方面祈求这颗彗星不会给国家带来灾难，另一方面祈求打败进攻欧洲的土耳其人。当时，“教皇下谕制彗星”的传言可能是指这件事情。

更古老的历史中也有关于彗星的记载，但哈雷无法确定是否是这颗彗星，因为记载不是非常详细。不过，1456年、1531年、1607年、1682年这四个有着详细记录的年份，让人们推测这颗彗星在1758年还会出现在近日点附近，那时我们就能够看见它。当时，法国著名的数学家克莱罗（Clairaut）计算出了木星引力和土星引力对这颗彗星的运行轨道产生的影响。他发现，由于受到这种引力的影响，这颗彗星在1759年的春天才能回到近日点，时间延迟了一些。后来，这个预言被证实了，这颗彗星经过近日点的时间是1759年3月12日。

1835年11月，哈雷彗星再次经过近日点，而1910年4月是再下一次。这一次，哈雷彗星的景象非常壮观：4月20日，当它在近日点附近经过时，通过肉眼就能看见它的尾巴。5月初，在黎明前夕的东天中呈现出耀眼的光芒，彗星的尾巴经过近日点时的角度高达150度。5月19日，这颗彗星从太阳和地球之间穿过，两天后它的尾巴从地球上空掠过，当时它和地球之间的距离仅仅是2500万千米，所以有些人担心地球上被彗星尾巴笼罩的地方的生物会死亡。其实，彗星的尾巴非常稀薄，没有给地球带来任何不利影响。7月时，哈雷彗星已经离太阳很远了，即使通过望远镜也无法看见它。不过，当它在天空扫过时，人们都觉得忐忑不安。1986年，哈雷彗星再次经过近日点，人们再次见到了这颗彗星带来的奇观。它下一次经过近日点的时间大约是2061年。

消失不见的彗星

1770年6月，法国天文学家勒格泽耳（Lexell）发现了一颗非常特殊的彗星。不久之后，即使用肉眼也能看见这颗彗星。它沿着椭圆轨道运行，运行周期大约是6年。大家都相信它的回归预言是正确的，但后来它没有出现。不久后，人们就找到了其中的原因。它在6年后回归时恰好位于太阳的另一边，所以无法看见它。当它继续运行时，正好会经过木星附近，而木星的引力导致它的运行轨道发生变化，从而超出了望远镜能够观察到的范围。这让天文学家明白，为什么以前从来没有看见过它。在勒格泽耳看见它之前，它恰好经过木星附近，而木星改变了它原来的运行轨道。1767年，木星的引力将这颗彗星拉到太阳附近，让它绕着太阳运行了两圈，然后在1779年当它来到自己身边时使劲推了一把，不知道将它推到什么地方去了。之后，天文学家发现二三十颗彗星都有运行周期，但大部分仅仅观察到过两三次而已。

彗星不仅会解散，还会衰亡。显然，比拉彗星已经完全解散了。1772年，天文学家第一次观察到这颗彗星，但当时不知道它是周期彗星。1805年，天文学家再次发现了它，但没有想到它是1772年出现的那一颗彗星。1826年，天文学家第三次观察到它，并通过先进的方法计算出它的运行轨道，终于确定它就是前两次出现的那颗彗星，还将它的公转周期定义为6.67年。因此，它在1832年和1839年都会出现，但这两次地球位于无法看见它的位置上。1845年，它会再次出现，天文学家在11月和12月观察到它。1846年1月，当它接近太阳和地球时，天文学家发现它变成了两半。最初，比较小的一部分很暗淡，后来慢慢变得与另一部分的亮度相同。

1852年，比拉彗星再次出现。这时，两个部分之间的距离更远了。1846年，两部分之间的距离大约是32万千米；1852年，它们之间的距离已经超过了160万千米。1852年9月，天文学家最后一次观测到比拉彗星。此后，尽管它还会回归七八次，但一直没有看见它。根据前面的回归，我们很容易算出比拉彗星出现的位置，由于它没有出现，所以我们推测它完全解散了。在下一节中，我们会讨论它的组成。

据说，有两三颗彗星都是这样消失的。它们被观察到一次或者几次，而且一次比一次暗淡，最后彻底消失了。

恩克彗星

在所有的周期彗星中，最有规律且被观察得最频繁的一颗彗星叫做恩克彗星（Encke’s comet），这是用第一个准确测量出它的运行轨道的德国天文学家的名字命名的。1786年，这颗彗星被发现之后，但它的运行轨道没有测定出来（这是常常出现的情况）。1795年，它第二次出现时被卡罗琳·赫歇耳女士（Miss Caroline Herschel）观察到。在1805年和1818年，它被观察到两次。在后一次中，它的运行轨道才被测定出来，所以在经过计算之后确定了它的周期，而且与前面的观察相符。

此时，恩克发现这颗彗星的运行周期大约是3年加上110天，由于受到行星（主要是木星）的引力，所以存在着一定的变动。后来，当它每次回归时，在一些地方都能观察到它。

这颗彗星的主要特点是，在一定的时间内，它的运行轨道一直在减小，直到它与太阳之间的平均距离减少了40多万千米为止。根据恩克彗星的远日距推测，它的存在时间长达好几千年。此外，对于它的外表来说，它的发尾已经消失了，像是一个迟暮之年的老人。

1984年4月，绕着金星旋转的空间探测器发现，此时有大量的水蒸气从位于地球和金星之间的恩克彗星中冒出来，与原来的预计相比，失水的速度快了3倍。根据这种现象，有些人认为恩克彗星不久后就会消失。不过，其他人有着不同的看法，他们认为，尽管恩克彗星的视亮度一直在降低，但它的真亮度在最近100年中并未出现显著变化。而且，它最近几次回归时抛出的物体跟以前一样多，完全没有消失的迹象。

每年11月20日到23日的金牛座流星雨就是恩克彗星送给我们的礼物。

木星捕捉彗星

在1886到1889年这段时间内，有一件事情引起了大家的关注，那就是太阳系中发现了一颗新彗星。1890年，布鲁克斯（Brooks）发现了一颗彗星，通过计算得知它沿着轨道运行一周的时间大约是7年。由于这颗彗星的亮度很高，所以人们很奇怪为什么以前没有发现它呢？不久之后，便找到了这个问题的答案，这颗彗星在1886年经过木星附近。由于受到木星的引力，它原来的运行轨道变成了如今的新轨道。此外，还有一些周期彗星会从木星附近经过，它们可能会被木星捕捉。

于是，我们产生了新的疑问：所有的短周期彗星是不是都有这种经历呢？这个问题的答案是否定的。因为哈雷彗星没有靠近任何行星，而恩克彗星也是一样，木星的引力无法让它变成现有的运行轨道，但它的轨道比较大时，可能会发生这种事情。

1994年6月，木星成功地捕获了苏梅克—列维9号彗星，而且它们有了亲密的接触，这是近几年天文学上的重大事件之一。1933年，尤金（Eugene）、卡罗琳·休梅克（Carolyn Shoemaker）、戴维·利维（David Levy）一起发现了这颗彗星。它被发现后不久，人们就测出它的运行轨道靠近木星，是高度椭圆形的，而且位于将会发生碰撞的地方。

通过分析可知，在1992年时，苏梅克—列维9号彗星曾经与木星擦身而过，当时已经分裂成了二十多片，这些碎片分布在几百万千米的轨道中。原彗星和碎片的质量和体积都不确定，原彗星的直径在2千米到10千米之间，而最大碎片的直径在1千米到3千米之间。

1994年6月16日到22日的这段时间内，彗星碎片朝着木星飞奔而去。有史以来，这是人们第一次见到两个天体的碰撞。其实，任何一架大型基地天文望远镜、几千架业余小型望远镜、若干艘宇宙飞行器（如哈勃太空望远镜和“伽利略”号）都观察到了这一次的碰撞。在碰撞发生的几个小时后，拍摄到的图片就被传到了网上，并引起了ftp和www站点的网络堵塞。

彗星的来历

不久之前，人们还认为太阳系中的彗星是从恒星之间的广袤空间中来的。现在，人们已经完全抛弃了这种观点，因为还没有发现任何一颗彗星的速度能够超过太阳系中的速度极限，根据它们的速度判断，它们可能来自于行星的轨道之外，但绝对不是从恒星之间来的。此后，我们会发现，太阳在空中也是运动的，而不是静止不动。即使彗星真的来自于太阳系之外，但上述事实让我们明白，它们在太阳系外面时也是随着太阳系一起运动的。

根据对彗星的研究，现在已经有了独特的见解，认为它们有着规则的运行轨道，与行星的运行轨道的不同之处在于，彗星轨道的偏心率非常大。它们的公转周期常常是几千年或者几万年，甚至是几十万年。在这个过程中，它们在行星之外很远的地方运行着。如果彗星在运行到太阳附近时恰好在一颗行星附近经过，这时可能会发生两件事情：第一，这颗彗星被行星的引力推离原来的轨道，所以加快速度朝着更远的地方飞去，甚至是一去不复返了；第二，这颗彗星被行星的引力所吸引，它的速度降低，而原来的运行轨道也会缩小。因此，才出现了周期不同的许多彗星。于是，我们得出结论，所见到的彗星都是太阳系中的成员。有些人认为，这些彗星是很久之前的古代太阳从宇宙尘云（暗星云）中经过时捕捉到的，这种说法有着一定的可取性。

1950年，荷兰著名的天文学家奥特发表了一个假说：太阳周围是一个巨大的星云团（Oort Cloud），这里是彗星库，里面存在着好几亿个彗星核，它们都是固体状态。由于受到过往恒星的引力作用，星云团中的彗星会跑到太阳系中去。根据现有的资料得知，任何彗星的轨道都没有显示出该彗星是从太阳系之外来的。这个事实表明，彗星来自于星际空间的说法是错误的。尽管许多天文学家赞同奥特的假说，但现在还不知道这个假说是不是正确的。

明亮的彗星

有时候，天空出现的明亮彗星会引起人们的极大兴趣。由于我们现有的知识有限，所以无法准确地预测它们何时会出现。在19世纪中，仅仅出现了五六颗明亮的大彗星，而1858年出现的那一颗是最明亮的，也最引人注目，这颗彗星使用的是发现者意大利天文学家杜那底（Donati）的名字。这颗彗星的发现史能够表示这类彗星的变化情况。6月2日，第一次观察它时必须通过望远镜才能看见，而且是非常暗淡的星云，像是天空中的一朵白云。那时候，不仅看不见彗星的尾部，更不知道它会变成什么样子。到了8月中旬，尾部才慢慢长出来。9月上旬，肉眼可以看见它了。此后，它增长的速度非常快，变得又大又亮。在一个月中，我们没有发现它有显著的移动，每夜都会在西天游荡。10月10日夜里，它的亮度到达了最高峰。这时，哈佛天文台的邦德（G. P. Bond）将它描绘出来。有两幅图显示了彗星的头部情况，一幅是肉眼观察到的，另一幅是望远镜观察到的。10月10日之后，这颗彗星慢慢地变暗，最后慢慢消失。不久之后，它便向南移动到地平线之下，许多观测者追逐着它进入南半球，一直到1859年3月为止。

当人们能够观察到这颗彗星时，便开始计算它的运行轨道。人们很快就发现，它的运行轨道不是标准的抛物线，而是延伸到无限远处的椭圆。它的运行周期大约是1900年，但可能存在上下100年的误差。因此，它在上一次回归时应该能够被看见，但公元前1世纪中并没有相关记录。而且，它的下一次回归要在38世纪或者39世纪。

需要注意的是，1843年、1880年、1882年这三年中出现的彗星几乎是在同一条轨道中运行的，而关于第一颗彗星的记录最有意义。看起来，它好像会从太阳的边缘擦过——实际上，它在日冕之外。2月末，它位于太阳附近，即使白天也能看见它。稀奇的是，在它出现之前传出了一个预言，说1843年是世界末日。人们受到这则预言的影响，认为这颗彗星的出现是不祥之兆。

4月，这颗彗星已经消失不见，所以它的观测时间非常短。于是，它的公转周期成了人们最感兴趣的问题。我们发现，它的运行轨道与抛物线类似，不存在明显的区别。不过，由于观测时间太短，所以对周期的各种猜测都变得有些不准确。我们只能推断，它要在好几个世纪之后才能再次出现。

不过，在37年之后，有人在南半球观察到一颗彗星，而这颗彗星的运行轨道几乎与前者相同，所以人们都觉得无比惊讶。首先，它的长尾巴从地平线之下慢慢冒出来。当时，阿根廷、好望角、澳大利亚等地区都观察到了。2月4日，它的头部才出现。它绕着太阳继续向南运行，始终没有被北半球的人们看见。

于是，人们产生了一个疑问：这颗彗星是否是1843年出现的那颗彗星呢？以前，人们认为两颗彗星经过很长时间出现在同一条轨道中，那它们便是同一颗彗星。不过，对于这种情况来说，从前的假设好像不符合观察到的事实。直到1882年，这个问题才被解决，因为出现了第三颗彗星，它的运行轨道也与上面所说的两颗彗星相似。这颗彗星绝对不是两年前出现的那颗彗星。于是，我们得出了这样的结论：在同一个轨道中，有3颗明亮的彗星在按照不同的周期运行。此外，我们还需要将1668年和1887年发现的两颗彗星添加进去。

我们推测，这些彗星可能是一颗大彗星经过近日点时，由于受到太阳的引力，所以分裂成了5部分。1882年9月，当大彗星的核（其中的一部分）经过近日点时，再次分裂成了4部分。这4部分的间隔大约是一个世纪，周期在660年到960年之间，再次回到近日点时将是毫不相关的4颗彗星。

彗星的本质

彗星的核的组成物质是冰、气体、一些灰尘及其他的固体物质，大小有着巨大差异，小的像是一粒沙子，而大的像是空中落下的陨石。接下来，我们需要回答的问题是，在彗星运行了许多周期之后，它们为什么始终聚在一起而没有散开呢？当彗星的头部在近日点附近时，它的形状常常发生变化，这证明上述疑问有着一定的道理。

这些彗星经过分光之后的光谱表明，它除了反射太阳光之外，还有其他特点。其中，最显著的特征是3条明亮的谱线，它们类似于碳氢化合物的光谱。而且，这种气体能够发光，还反映出彗星内部的光谱。

对于许多情况来说，这种气体发光依靠的不是太远的热量，而是太阳风的影响，与地球大气层中的极光是同一类气体。

这样一来，彗星的组成物质肯定具有挥发性。我们通过望远镜观察明亮的彗星时，总是发现彗星的头部会冒出蒸汽，缓缓上升靠近太阳，等到离开太阳后慢慢展开形成彗星的尾部。彗星的尾部不是附属品，不像动物拖着的尾巴，而是像烟囱中冒出来的轻烟，由非常小的灰尘颗粒构成，从彗星的核中跑出来。

当一颗彗星出现时，它常常没有尾巴，等到逐渐靠近太阳时才会生成尾巴。它和太阳之间的距离越近，承受的热量就越大，尾巴的发展也越快。尾巴的组成材料快速向外扩散，这是太阳辐射的作用。因此，彗星的尾巴与太阳的方向总是相反。