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2020-05-01是意外還是意料中？破滅的C/2019 Y4世紀大彗星
605 期
Author 作者
洪景川／臺北市立天文科學教育館視聽組研究助理退休，現任臺北市文山與士林社大天文課程講師。
「急速增光的C ∕ 2019 Y4彗星在飛向太陽前，出現了彗核裂解的突發現象。再次應證了『彗星是不穩定而且不可預測的』？」
C ∕ 2019 Y4，或稱ATLAS、撞地警報彗星，是一顆軌道近似拋物線、離心率為0.99871621的彗星，由「小行星陸地撞擊最後警報系統（Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System, ATLAS）」在去（2019）年12月28日的自動巡天觀測時所發現。
它曾經是今（2020）年截至今日最亮的彗星，總光度在3月底時視星等約為7等，到4月中旬卻已降到僅9等左右，光度比最亮時暗6倍多，甚至比同在夜空中的C ∕ 2017 T2（PanSTARRS）、C ∕ 2019 Y1（ATLAS）和C ∕ 2020 F8（SWAN）等彗星還要暗淡。為何如此？原來這顆彗星在4月2日左右，經歷一次重大的分裂解體事件。
4月中旬時，人們尚可使用望遠鏡在鹿豹座（Camelopardalis）中找到它，貌似光線瀰散的天體。由於可能剛經歷彗核解體事件，因此這顆彗星是否能夠繼續增亮，尚屬未知數。但是天文學家原先預估它將在4或5月時達到肉眼能見到的亮度，似乎已不可能達成。
彗星的發現過程和亮度變化
2019年12月28日，它從位於夏威夷茂納羅亞（Mauna Loa）火山頂上0.5米口徑的賴特－施密特式望遠鏡（f ∕ 2 Wright-Schmidt Telescope）所拍攝的影像中被發現。當時此彗星位於大熊星座中，以視星等19.6等的亮度發光。 丹諾（Larry Denneau）是第一個辨識出這顆彗星的人，並立刻將其通報到小行星中心（Minor Planet Center, MPC）的網頁上，以便向其他天文學家發出警示。隨後幾天的進一步觀察中，發現它出現彗髮。持續觀察追蹤，又發現彗尾變得越來越明顯。
2月初到3月底間，亮度從17等激增至8等，增加近4000倍。單單在3月份，光度就增加4個星等。彗髮淡綠色的外觀是由雙原子碳C2的發射所產生的，估算它具有約330萬公里長的多色彗尾，雖然外側當時仍很黯淡，但是氣態狀的細絲結構可以掃過背景恆星的前方，觀察起來狀似一個瀰散的天體。不料在4月初時，發生重大的彗核分裂或破碎事件，C ∕ 2019 Y4突然變暗（圖一）。
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圖一：C ∕ 2019 Y4彗星是中央大學鹿林天文台SLT 40公分（cm）望遠鏡長期監測的目標之一。組圖可看出彗星從2020年3月19日到4月9日之間的亮度變化戲劇性過程。原本持續增亮的彗星於3月29日時開始變暗。（林忠義影像提供；林啟生、蕭翔耀、侯偉傑觀測）彗星的軌道與位置
在它剛剛被發現時，距離太陽約3個天文單位。基於先前的觀測結果，推斷它具有約4400年的軌道週期和0.25 AU的近日點距離。經計算比對發現，C ∕ 2019 Y4 和歷史上的C ∕ 1844 Y1彗星（又稱1844年大彗星）竟然具有十分相似的軌道元素，表示C ∕ 2019 Y4和C ∕ 1844 Y1可能是同一母體彗星的碎片。
NASA噴射推進實驗室小天體資料庫（JPL Small-Body Database, SBDB）使用2020年2月18日曆元為基礎來 計算，顯示C ∕ 2019 Y4的軌道週期約為6000年，但該計算包括在行星區域內的誤導性擾動。在彗星進入行星區域之前，一種更合理的重心計算顯示「飛入軌道週期」應約為4800年。預計於2020年5月31日到達近日點，之後離開行星區域，「飛離軌道週期」約為5200年。
在2020年1~3月期間，C ∕ 2019 Y4位於大熊星座（Ursa Major）方向；4月份時則位於鹿豹座中；預計在5月12日之後將進入英仙星座（Perseus）。5月23日時逢朔，屆時與太陽離角達17度時，將通過近地點。在5月31日通過近日點時，它將位於金牛座（Taurus）的方向，與太陽離角減為12度。
彗核的分裂與可能解體？
據馬里蘭大學（University of Maryland）天文學家葉泉志和加州理工學院（California Institute of Technology）張啟成使用拉帕爾馬島（La Palma）上的利物浦2米望遠鏡（Liverpool）對C ∕ 2019 Y4進行一系列的觀測，顯示原先的點狀彗星假核（pseudo-nucleus）已演化出細長形的彗星假核，長度約為3角秒，並且與彗尾的軸線方向一致。這種變化形態與彗星塵埃噴出量突然下降，甚至跡近停止噴發的現象頗為一致。彗核似乎已分裂成兩塊，前方較尖的一塊與隨後截面積較寬的第二塊之間出現了間隙，因此推論彗核已開始分裂（圖二）。
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圖二：使用鹿林天文台的影像觀察到C / 2019 Y4彗星兩個碎片的詳細報告。（林忠義影像提供；林啟生、蕭翔耀、侯偉傑觀測）
其實早在4月6日，幾位天文學家就在《天文學家電報》（The Astronomer's Telegram）中通報C ∕ 2019 Y4可能已經解體的推斷，碎裂的原因可能是釋氣（outgassing）的結果，導致彗星的離心力增加。此外，塞爾維亞天文學家斯莫里奇（Igor Smolic）和塞庫里奇（Miodrag Sekulic） 使用貝爾格勒天文台（Astronomical Observatory of Belgrade）維多耶維卡（Vidojevica）觀測站的米蘭科維奇（Milankovic）1.4米 f ∕ 5.1望遠鏡對C ∕ 2019 Y4 進 行攝影，發現彗核已經分裂成至少五塊，光度由3月底的7等變暗降低至4月中旬的10等，判斷彗星可能已經解體，並且可能將逐漸消散。
亮與不亮，這是一個好問題
預測一顆彗星是否能成為明亮又彗尾悠長的大彗星是相當困難的，因為有許多因素都會影響彗星的後續表現，致使偏離預測的光度。如果彗星本身擁有一顆龐大而活躍的彗核，且近日點足夠接近太陽，在它光度最亮時沒有被太陽遮掩能從地球觀察，就有機會成為大彗星。然而歷史上，1973年的科侯德彗星（Comet Kohoutek，C ∕ 1973 E1）雖然符合前述的所有標準，也曾被預測會成為壯觀的世紀大彗星，但結果並非如此。而1976 年出現的威斯特彗星（Comet West，C ∕ 1975 V1）彗核曾分裂成四個部分，卻從原先對它期望不高到後來意外地成為令人印象深刻的大彗星。
至 20世紀末期，有很長的一段時間都沒有出現過大彗星，直到兩顆大彗星接連現身：1996年的百武第二號彗星（Comet Hyakutake，C ∕ 1996 B2）拖著120度長的長彗尾和高達0等的光度亮麗現身；繼它之後，海爾─博普彗星（Comet Hale–Bopp，C ∕ 1995 O1）在1997年達到最大亮度-1.4等，而且還拖出兩條明亮而異色的彗尾。21世紀的第一顆大彗星則是麥克諾特彗星（Comet McNaught，C ∕ 2006 P1），於2007年1月時光度高達到-5.5等，並且成為40年來最明亮的彗星，呈現出寬廣巨大的扇狀彗尾。
如同前面提及的威斯特彗星，其第一份彗核分裂報告出現於1976年3月，當時它已分裂成兩個部分。這些彗核碎片在當時是極少數被觀察到彗星發生分裂的案例，之前最顯著的例子是1882年大彗星。1882年大彗星與本文所討論的C ∕ 2019 Y4，都同屬於「克魯茲族彗星」的成員之一。 近年來，許多克魯茲族彗星都曾被觀察到彗核於通過太陽附近的過程中，發生了分裂。這麼說來，此次令人意外沒能成為世紀大彗星的C ∕ 2019 Y4，彗核分裂甚至面臨解體的結局，應該要算是意料中的事了囉？
感謝鹿林天文台觀測員林啟生、蕭翔耀、侯偉傑的觀測和林忠義博士提供影像。