爱好者于2024年5月13日拍摄的C/2023 A3，彗星亮约10等，有明显的亮彗尾。版权 / 李泰祺

/ 引言

自二十世纪九十年代海尔-波普彗星（C/1995 O1, Hale-Bopp）以来，北半球已近三十年未曾见到一颗真正的大彗星。而今，C/2023 A3（TsuchinshanATLAS，紫金山-阿特拉斯彗星）的出现，为北半球沉寂已久的天空点燃了一丝希望。近期，这颗彗星的种种表现引发了天文学家们的广泛讨论与关注。

彗星是由冰、尘埃和其他挥发性物质组成的天体，当它们接近太阳时，受太阳辐射作用，彗星表面的挥发物会升华，释放出气体并带出尘埃，形成彗发和彗尾。而所谓的“大彗星”通常指那些在天空中极为明亮、显眼，并且可以被肉眼清晰看到的彗星。这些彗星以其壮观的外貌和强烈的视觉冲击力，在历史上广为人知。它们之所以被称为“大彗星”，是因为它们不仅亮度极高，其尾巴也在夜空中尤为醒目。

1577年大彗星掠过布拉格上空。来源 / Wikipedia

壮观的大彗星天象往往让人们心驰神往。回想当年，海尔-波普彗星的出现曾在社会上引发了广泛的关注与反响。遗憾的是，自千禧年以后，我们在北半球再也没见到过如此现象级的彗星。

最近一次引起轰动的大彗星是在2007年掠过南半球天空的麦克诺特彗星（C/2006 R1, McNaught）。而北半球能够观测到的上一颗较为明亮的彗星是2020年中掠过太阳的新智彗星（C/2020 F3, Neowise），其亮度一度达到零等，与织女星相匹敌。然而即便如此，它也未能跻身大彗星的行列。值得一提的是，在2019年末，北半球还曾迎来一位“世纪大彗星”候选者C/2019 Y4，它的预测亮度曾一度达到惊人的-24.7等。然而遗憾的是，这颗“世纪大彗星”最终在到达近日点之前就已碎裂消散，使我们痛失了一次观测大彗星的机会。

抵达近地点附近的麦克诺特彗星。来源 / Wikipedia

由于彗星特有的神秘与不可预测性，系统性观测和精确预测其行为是极具挑战性的。彗核通常被一层由尘埃和等离子态气体组成的明亮彗发所包裹，使直接观测彗核变得更加困难。然而，大彗星因其接近地球的距离和极高的亮度，为天文学家们提供了绝佳的观测机会，帮助我们更深入地了解这一类神秘天体。

尽管不同天文学家对C/2023 A3的亮度预测有所差异，但大家普遍认为，得益于前向散射效应，这颗彗星的亮度至少将达到负星等。届时，傍晚的天空将被这一崭新的天体所点亮。那么，这颗彗星的起源是什么？它将出现在何处？科学家们对它的看法又是怎样的呢？

/ 起源与现状

C/2023 A3的发现过程可谓一波三折。这颗彗星最初于2023年1月9日由紫金山天文台盱眙观测站首次观测到，并向小行星中心（MPC）报告。然而，在随后的时间里，由于没有进一步的观测报告，它被认为已经遗失，因此在1月30日被从待确认物体名单中移除。然而，时隔44天后的2月22日，这颗彗星再次被位于南非萨瑟兰的南非天文台（SouthAfrican Astronomical Observatory,SAAO）使用“小行星撞击地球末期警报系统”（Asteroid Terrestrial-impactLast Alert System, ATLAS）重新发现，并最终确认其为一颗彗星。

在天文学中，轨道周期超过200年的彗星通常被称为长周期彗星，而C/2023A3正是此类彗星。其轨道偏心率高达1.00009，属于典型的近抛物线彗星，轨道周期极其漫长。此外，其轨道倾角为139.1度，属于逆行轨道，表明该天体来自遥远的奥尔特云（Oort Cloud）。

C/2023 A3彗星轨道投影。来源 / 紫金山天文台

根据美国喷气动力实验室（JPL）的计算，目前C/2023 A3在黄道面上的投影位于太阳系另一侧的金星轨道附近，距离太阳约0.78个天文单位，距离地球约1.74天文单位。该彗星正昼夜不停地向近日点飞奔，并预计将在今年9月27日抵达。届时，它与太阳的距离仅为0.391天文单位。随着彗星不断靠近太阳和地球，其亮度也在持续增加。截至8月9日，这颗彗星的亮度已达到8.7等。此刻它正逐渐消失在太阳的光晕里，变得越来越难以观测。A3将在九月份冲出太阳光晕，以更宏伟的姿态重回人们的视野。乐观估计，10月9日其亮度可能达到-1.5等。届时，傍晚的西边天空将被这颗与木星亮度相当的天体所点亮，并且在10月中旬之前，这颗彗星将在傍晚的天穹上逐渐升高，同时也会逐渐变暗。

C/2023 A3彗星轨道运行天区。来源 / Vito Technology, Inc.

/ 讨论

一般来说，彗星的亮度会随着其日心距和地心距的减小而逐渐增加。然而，C/2023 A3并未严格遵循这一规律。根据小行星中心（MPC）和斯洛文尼亚CrniVrh天文台彗星观测数据中心（COBS）的数据显示，这颗彗星在今年四月中旬至七月中旬期间，几乎没有出现光度变化。这一现象引发了天文学家们的广泛讨论和关注。科学家们担心，C/2023 A3可能会像几年前的C/2019 Y4一样，在接近近日点之前解体（或者已经开始解体），让我们再次错失观测一颗大彗星的机会。

一月中旬至七月中旬C/2023 A3的光度变化。来源 / cobs.si/analysis

彗星亮度的变化受多种因素影响，除了日心距和地心距的变化外，天文学家通常还会参考以下因素来预测彗星的亮度变化：

【彗星相位角】

彗星相位角是指地球-彗星-太阳之间的夹角。类似于月相，不同的观测角度会对彗星的亮度产生影响。当相位角接近0度时，彗星会形成冲日现象，此时亮度会相应增加，类似于满月的效果。

【彗星尘气比】

彗星的尘气比指的是彗发和彗尾中尘埃与气体的比例。由于彗星是反射光源，彗发尘埃能反射更多的太阳光，因此尘气比是决定彗星亮度的重要因素之一。当尘埃比例较高且相位角接近180度时，彗星会出现“前向散射”现象，导致亮度急剧增加。

与一般人的印象不同，彗星解体其实相当普遍。就像两年前的C/2019 Y4一样。彗星的结构松散，由尘埃和冰组成，当它们以极高速度接近太阳时，受到强大的引力和高温作用，解体也就不足为奇了。1993年发现的著名的舒梅克-列维9号（SL9）彗星在低空飞掠木星时（距木星顶层大气仅2.5万千米），被木星的强大潮汐力撕裂，最终撞击木星。

1994年5月17日，哈勃空间望远镜拍摄到的舒梅克-列维9号彗星。版权 / NASA/HST

基于现有的彗星研究，彗星解体的机制主要包括以下几种：

1.当彗星与大质量天体（如太阳或大型行星）发生近距离接触时，彗星内部因引力差异承受的拉力超过其材料的抗拉强度，从而引发潮汐分裂。

2.当彗核自转产生的离心力超过其抗拉强度时，彗核会发生自转分裂。高抗拉强度的“致密”彗核通常会从中心开始分裂，而低抗拉强度的彗核则可能从表面产生大量碎片。自转分裂的发生取决于彗核的自转速度，并可能在任何日心距离处发生。

3.随着彗星与太阳的距离减小，太阳辐射的加热效应会深入彗核内部，从而在彗核内部产生热应力。如果这种热应力超过了彗星材料的强度，就可能导致彗核的分裂甚至瓦解。

4.当彗星接近太阳时，次表层的高挥发性冰（如一氧化碳冰或干冰）升华，可能导致彗核内部气压升高。如果气压无法通过表面的活动释放，就有可能超过彗核的抗拉强度，导致彗星分裂。彗星内部气压可导致局部表面爆裂或彗核整体破裂。这两种情况都依赖于彗星的活跃性，因此只会在较小的日心距离处发生。

5.彗核可能会因与其他太阳系天体（如小行星）发生超高速碰撞而引发分裂。由于彗星体积较小且结构松散，即便撞击体本身比彗核更小，也可能摧毁整个彗核。

对于A3的亮度异常，部分天文学家认为是由相位效应引起的，另一些则持不同意见。尽管最新观测表明A3的彗核并未产生可见碎片，但哥伦比亚天文学家伊格纳齐奥·费伦和美国天文学家兹德涅克·塞卡尼纳等人依然认为这颗彗星已经在解体过程中。塞卡尼纳认为，A3的亮度未随日心距减小而增加，可能是由于解体引起的。他假设该彗星表面活性约为5%，因此推测A3拥有巨大的表面积，这可能是彗星解体所致。而费伦则提出，A3可能正在以一种“新颖”的方式解体——彗核被一层极细小的物质包裹，几乎不存在相位效应，同时彗核以极高的速度自转，在离心力作用下逐层向外抛洒细小物质，而没有产生任何大块碎片。

以在美国亚利桑那州洛厄尔天文台（Lowell Observatory）担任博后的张其骋为首的天文学家则认为，A3的表现完全正常，主要原因是相位效应能够解释观测到的光度曲线。此外，张其骋提出，由于长周期彗星的表面活动性可能接近100%，甚至可能由于彗核周围微小碎片的升华而超过100%，因此彗核尺寸也相对合理。

笔者在紫金山天文台进行了对C/2023 A3的调研工作，并在对比了一些已解体彗星和与A3表现相似的彗星光度变化后，更倾向于支持张其骋博士的观点，并对C/2023 A3的前景持乐观态度。经过相位修正后，笔者得到了一条与观测数据吻合的光度曲线，并认为该彗星的行为并未表现出明显的解体迹象。近几日A3的亮度已经有了再次增加的迹象。如果一切顺利，它将会在十月中旬跟随着太阳在傍晚掠过西边的天空，此后将与我们永不再见。当然，鉴于彗星难以捉摸的特性，世界上任何一位天文学家都无法完全确定A3能够安全通过近日点并完整抵达地球附近。

笔者对C/2023 A3光度变化分析与乐观预测。版权 / 紫金山天文台

那么，面对这样难得一遇的观测机会，我们应当做些什么准备呢？这颗彗星又能带给我们哪些有用的信息呢？

/ 展望

自现代天文学发展以来，天文学家们一直致力于利用各种设备观测彗星。而大彗星由于其接近地球且亮度较高，为我们探索彗星的奥秘提供了绝佳机会。首先，通过研究大彗星的轨道和动态变化，可以帮助我们进一步理解彗星的形成和演化机制。其次，分析彗星的物质组成，特别是其中挥发性成分的比例，有助于揭示彗星的起源以及太阳系早期的物质状况。

彗星反射的电磁波也会涵盖许多重要信息，因此不同波段下的彗星观测也十分重要。例如，1997年海尔-波普彗星光临地球时，世界各地的天文学家对此表现出了极大的关注。巴黎文理大学（Paris Sciences and LettersUniversity）的雅克·克罗维西埃（Jacques Crovisier）教授通过红外太空望远镜观测到海尔-波普彗星中水、一氧化碳与二氧化碳的比例约为10:6:2，并利用三台射电望远镜检测到超过22种分子、自由基和离子，以及若干同位素分子。其中有6种分子是首次在彗星中被检测到的。

类似的观测方法也可以应用于C/2023 A3。在可见光波段，我们可以直接观测彗发和彗尾的形态与变化。通过分析光度曲线和亮度分布，科学家可以研究彗星尘埃粒子的分布、大小以及彗尾的动态演化。可见光还能够帮助分析彗发中灰尘与气体的比例，这对于了解彗星的反射特性、尘埃成分及预测彗星亮度具有重要意义。在射电波段，天文学家可以探测彗星中某些分子的特征谱线，如氰基（CN）、甲醇（CH₃OH）和氨（NH₃）等，从而深入研究彗星的化学组成。在红外波段，天文学家可以探测彗星中存在的挥发性物质（如水冰、一氧化碳、二氧化碳等）的发射谱线，以分析这些物质的种类和丰度。通过持续观测，我们还能够了解彗星的活动性演化，并发现可能存在的气体爆发。如果C/2023 A3最终迎来解体的命运，观测将帮助我们尽可能推测导致彗星解体的原因，为进一步了解这种神秘天体做出贡献。

对于大众而言，大彗星也具有深远的意义。这不仅涉及天文学知识的普及和教育，还与文化、历史、审美和社会心理等方面紧密相关。毕竟，能与家人、朋友或爱人一起观赏这场数十年甚至百年一遇的壮观天象，是一件极具浪漫色彩的事情。当大彗星出现时，往往成为社会集体关注的焦点。就像二十多年前的海尔-波普彗星一样，媒体大量报道，人们争相观看，这种现象常常成为一代人的集体记忆。尽管C/2023 A3的亮度可能不及海尔-波普彗星，但我们仍可以用肉眼或小型望远镜，邀请三五好友，在十月上旬的傍晚眺望西边的天空，共享这难得一见的美景。

C/2023 A3彗星影像。来源 / 紫金山天文台

/ 后记

正如美国著名天文学家弗雷德·惠普尔（Fred Lawrence Whipple）所言，预测彗星的行为就像在赛马比赛中选中赢家。彗星正是如此充满不确定性和神秘的天体，但也正是这种不确定性，为我们提供了研究和深入了解彗星的宝贵机会。

作者简介 /

王壬，伦敦大学学院（UCL）天体物理专业硕士研究生。掌握宇宙学、光谱学及行星科学等相关知识，热衷天文观测，对太阳系天体研究感兴趣。

赵海斌，紫金山天文台研究员，行星科学与深空探测研究部主任，中国天文学会理事。主要从事太阳系小天体的观测、动力学和物理特性研究，周期彗星P/2007 S1（Zhao）以其姓氏命名。

来源：中国国家天文

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