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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】