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2018-12-01維他南彗星颯爽登場─給一日天文迷的觀星指南
588 期
Author 作者
廖瑩／漂泊於世的行星科學研究員，酷愛太空、旅行與移動裝置攝影。廖英凱／非典型的不務正業者、興致使然地從事科普 工作、科學教育與科技政策研究。
仰望蒼穹，回顧 2018 年熱鬧非凡的星象。年初1月底時即由超級藍血月揭開序幕；入夏後分別有木星、土星和火星接力衝日；緊接是全年第二次的月全食與磅礡的英仙座流星雨；年末的壓軸大戲則是維他南彗星 （46P∕Wirtanen）的超近距離回歸。在近數十年觀測歷史上，維他南彗星可說是少之又少的超活躍彗星。
1948 年1月，美國天文學家維他南（Carl A. Wirtanen）利用加州大學（University of California）利克天文台（Lick Observatory）首次觀測到維他南彗星，因此以他的姓氏為名。它屬於短周期彗星裡的木星族彗星，此類彗星的軌道主要受木星的引力支配，軌道遠日點僅在木星軌道附近，周期短於20 年。一般的短周期彗星，軌道周期少於200年，如最著名的哈雷彗星其周期是75 年。至於「可遇不可求」的長周期彗星，軌道周期則是從200年到百萬年不等。因此，在相比之下，木星族彗星便成為很理想的太空任務目標，例如羅賽塔 （Rosetta）任務的目標丘留莫夫－格拉西緬科彗星（67P∕ChuryumovGerasimenko），也是木星族彗星的一員。
維他南彗星將在今（2018）年12月12日抵達近日點，在12月16日抵達近地點，屆時距地球約為1150萬公里， 換算約為30個地月距離，將是1950 年代以後，第10個最接近地球的彗星。在這段期間，天文學家預期它會活動力大爆發，使其視星等達到肉眼可見的3等，預計將成為近5年來北半球最亮的彗星！世界各地的彗星科學家、業餘天文學家與觀星愛好者們，也早已追蹤著這顆彗星，並探索它所帶來的天外秘密。
仰望彗星以尋找生命之源
如同多數的彗星一樣被稱為髒雪球（dirty snowballs）或冰污球（icy dirtballs），維他南彗星的核心固體結構（彗核）是由冰、岩石和凍結的氣體（如二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨等）所混合組成。但彗星的成分往往還夾帶星際物質，並帶有大量可能觸發生命誕生的有機物，因此對彗星的詳盡調查，能更加了解地球，甚至是整個太陽系的歷史。由於登陸彗星的花費甚鉅且機會有限，因此尚需仰賴各種直接與間接的觀測結果來研究。目前可透過下列幾種觀測方式來研究彗星，簡介如下：
一、光度學測量（photometry）
對彗星的光度測量可以用來了解彗星的各項物理性質，然而，與恆星的光度測量相比，彗星的光度測量則困難許多。彗星的亮度，除了受到太陽到彗星的距離、彗星到地球的距離影響之外，還會與地球所觀察彗星的角度（相位角）有關。這是由於遙遠的恆星可視為「點光源」，但彗星卻是由相對微小的彗核、瀰散的彗髮和彗尾所組成的展源；而彗星行進方向與地球的相對角度，則會影響到所測量的光度：
彗星亮度推測公式：
J＝J0 f1(Δ)f2(r)Φ(θ)
J：彗星視星等，即觀測到的亮度。
J0：彗星的絕對亮度，彗星距離 地球與太陽各1天文單位（AU） 時的亮度。
f1(Δ)：彗星－地球距離 Δ 的函數 （單位：AU）。
f2 (r)：太陽－彗星距離r的函數 （單位：AU）。
Φ (θ)：相位角 θ 的函數。
因此，若能透過各項觀測資料，就可以利用模型來推算彗核大小、彗核的水冰昇華率（或氣體產率）等彗星的各項物理特質，甚至可以利用光度測量來研究彗星的自轉狀況。例如在過去針對維他南彗星的光變曲線研 究中，有2組科學團隊分別得到周期 7.6小時和周期6.0小時的結果。2個不同的周期可能代表其中1個，或2個測量都有誤，也可能是由於彗核在自轉時，同時改變其旋轉狀態而導致的結果。莎曼拉辛哈（Nalin H. Samarasinha）則認為維他南彗星可能處於一種非主軸旋轉狀態，此狀態就像是陀螺的進動（precession）： 自轉軸並非鉛直不動，而是會旋轉改變，導致陀螺邊轉邊晃。
二、可見光光譜
光譜可以用來研究彗星的成分，但光譜的測量結果，往往會隨著彗星與太陽的距離而改變。當彗星與太陽的距離大於3 天文單位（AU）時，彗星光譜主要為彗髮中的塵埃粒子散射太陽光所產生的連續譜。隨著彗星逐漸 接近太陽，某些分子諸如CN、C3、 CH 、C2、OH、NH、 NH2的發射譜線則會開始出現。......【更多內容請閱讀科學月刊第588期】