第2、3講-彗星、隕石流星雨

彗星、隕石、流星雨彗星軌道彗星的軌道有橢圓、拋物線、雙曲線三種。橢圓軌道的彗星又叫周期彗星，另兩種軌道的又叫非周期彗星。周期彗星又分為短周期彗星和長周期彗星。一般彗星由彗頭和彗尾組成。彗頭包括彗核和彗發(fā)兩部分，有的還有彗云。并不是所有的彗星都有彗核、彗發(fā)、彗尾等結(jié)構(gòu)。由于彗星是由冰凍著的各種雜質(zhì)、塵埃組成的，在遠(yuǎn)離太陽時(shí)，它只是個(gè)云霧狀的小斑點(diǎn)；而在靠近太陽時(shí)，因凝固體的蒸發(fā)、氣化、膨脹、噴發(fā)，它就產(chǎn)生了彗尾。彗尾體積極大，可長達(dá)上億千米。它形狀各異，有的還不止一條，一般總向背離太陽的方向延伸，且越靠近太陽彗尾就越長。宇宙中彗星的數(shù)量極大，但目前觀測到的僅約有1600顆。彗星的軌道與行星的軌道很不相同，它是極扁的橢圓，有些甚至是拋物線或雙曲線軌道。軌道為橢圓的彗星能定期回到太陽身邊，稱為周期彗星；軌道為拋物線或雙曲線的彗星，終生只能接近太陽一次，而一旦離去，就會(huì)永不復(fù)返，稱為非周期彗星，這類彗星或許原本就不是太陽系成員，它們只是來自太陽系之外的過客，無意中闖進(jìn)了太陽系，而后又義無反顧地回到茫茫的宇宙深處。周期彗星又分為短周期(繞太陽公轉(zhuǎn)周期短于200年)和長周期(繞太陽公轉(zhuǎn)周期超過200年)彗星。

彗星的結(jié)構(gòu)---彗核、彗發(fā)彗核(nucleus)：距離太陽遠(yuǎn)時(shí)（大于5天文單位）唯一存在的部份；形狀不規(guī)則；大小只有數(shù)公里（如形似花生的哈雷彗星核大小為短軸8公里，長軸15公里）；成分有如“臟雪球”，也就是冰（水、甲烷、氨）與塵粒（如隕石般的矽化物、金屬）的混和；反射率低（如哈雷彗星約為0.03）彗發(fā)(coma)：接近太陽時(shí)，冰蒸發(fā)；分子（水、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氨）分解、游離。氣體分子逐漸分解，以約1km/s的速度離開彗核，塵埃則因?yàn)轲?、碰撞也同時(shí)跟著向外運(yùn)動(dòng)。直經(jīng)約數(shù)萬到數(shù)十萬公里。彗星的結(jié)構(gòu)---彗尾、包暈彗尾(tail)：蒸發(fā)、游離的物質(zhì)受來自太陽的力，推向背離太陽的方向，長約千萬公里，甚至達(dá)一億公里多。包暈

(halo)

：圍繞在彗星頭部之外的氫原子云氣，可綿延千萬公里（比太陽還大?。m埃尾：彌散、彎曲；太陽輻射照在它們上面產(chǎn)生的壓力大于來自太陽的萬有引力，塵埃顆粒反射陽光形成了塵埃尾，塵埃尾中的塵粒會(huì)受到太陽重力場的影響而略偏向太陽，這正是塵埃尾並非恰在彗星與太陽的反側(cè)，而略彎向太陽的原因。離子尾：狹長、筆直；由游離分子組成、色藍(lán)。推力來自太陽表面噴散出來的物質(zhì)（稱作太陽風(fēng)）在地球軌道附近，太陽風(fēng)的物質(zhì)為游離氫（也就是質(zhì)子與電子），其密度約為每立方公尺百萬到千萬個(gè)粒子，時(shí)速約每秒五百公里。彗尾種類彗星的結(jié)構(gòu)

1.彗核離子尾（藍(lán)色）3.彗尾＜2.彗髮塵埃尾（灰黃色）彗髮和彗尾的形成原因彗核接近太陽的時(shí)候，受熱而釋放出氣體和微塵，形成彗星發(fā)光的頭部—彗髮，當(dāng)它進(jìn)一步接近太陽，太陽風(fēng)(太陽發(fā)射的帶電粒子)會(huì)把這些氣體和微塵向後推，形成美麗而壯觀的彗尾，這也是彗尾為永遠(yuǎn)背著太陽的原因。彗尾特性彗星的彗尾永遠(yuǎn)背向太陽，彗尾的形狀隨時(shí)都有變化。離子尾：由電離物質(zhì)構(gòu)成。質(zhì)點(diǎn)較小，受太陽輻射壓和太陽風(fēng)的作用較大，往往形成細(xì)直的長尾。離子尾物質(zhì)的顆粒，與可見光的波長相當(dāng)。藍(lán)光受到大角度的散射，甚至與陽光原進(jìn)行方向反向，故離子尾的顏色呈淡藍(lán)色。這與晴空為何是藍(lán)色的理由完全相同。塵埃尾：塵埃物質(zhì)構(gòu)成的，物質(zhì)顆粒較大，顆粒受太陽風(fēng)的影響較小，往往散布較寬且落在奔向太陽的彗星之后呈彎曲狀。遠(yuǎn)大于可見光的波長，故只反射太陽光而呈白色。哈雷(Halley)彗星周期76年，最近一次接近太陽是在1986年，下次來臨則要等到2062年了。牛頓的好友哈雷依照牛頓運(yùn)動(dòng)定律，計(jì)算出許多彗星的軌道；他發(fā)現(xiàn)1682年大彗星軌道，跟以前出現(xiàn)的軌道相同，之前是在1531年及1607年出現(xiàn)，前后也相差76年；后來這顆大彗星就稱為“哈雷彗星”。哈雷在1705年對世人做了預(yù)言，這是首次有人預(yù)言彗星的出現(xiàn)，1758年圣誕節(jié)（剛好是牛頓的生日，真是美好的巧合），它又再次出現(xiàn)于世人眼底。哈雷彗星于哪一年回歸，加76年就是它下一次回歸的年份，那可不一定正確。由于彗星質(zhì)量很小，當(dāng)它運(yùn)行經(jīng)過較大的行星（如：木星）附近時(shí)，很容易受行星引力影響而改變軌道；再者，每次行經(jīng)太陽附近時(shí)，受太陽照射，都會(huì)損失質(zhì)量，這也會(huì)影響軌道。據(jù)科學(xué)家推測，哈雷彗星的周期大約在76.0年到79.3年。不過相對于其他彗星，哈雷彗星仍舊是顆非?；钴S、周期穩(wěn)定的彗星。哈雷(Halley)彗星海爾波普(Hale-Bopp)彗星海爾波普彗星是1995年7月23日由AlanHale在新墨西哥及ThomasBopp在亞利桑那共同發(fā)現(xiàn)的。在臺灣觀賞此本世紀(jì)最明亮的彗星，在1997年二月及三月中旬的清晨在東方及1997年三月下旬至四月傍晚的西邊。海爾波普(Hale-Bopp)彗星彗星撞木星「休梅克－列維九號」（Shoemaker-Levy9）彗星接近木星後被分裂成約21個(gè)碎塊，長達(dá)三億公里的這串「珠鍊」於1994年七月十六日～二十二日陸續(xù)撞上木星。撞擊所釋放出的能量遠(yuǎn)大於人類擁有的全部核子武器的威力，而在木星的大氣留下十?dāng)?shù)個(gè)撞痕，有的相當(dāng)於地球的數(shù)倍大小。類似的事件在太陽系的歷史中也曾發(fā)生過，甚至地球上生命的起源及演化都可能和彗星的撞擊有密切的關(guān)係。這是人類歷史上第一次早期預(yù)測到天體的撞擊，並且安排了有組織的觀測計(jì)畫。Shoemaker-Levy9彗星撞木星隕石(Meteorite)隕石是外太空星體爆裂后的碎塊，在進(jìn)入地球大氣層時(shí)沒有完全被燒毀和蒸發(fā)，以至掉落到地上便形成隕石。一般隕石分為三大類：鐵隕石、石隕石和石--鐵隕石，以后者較罕見。隕石撞擊地球，可能是導(dǎo)致恐龍滅絕的其中一個(gè)原因。于6500萬年前(白堊紀(jì))，一顆相當(dāng)于100億枚原子彈能量直徑大約十公里的巨型隕石曾撞擊地球，因撞擊而造成大量的塵埃經(jīng)由大氣層擴(kuò)散至成層圈，導(dǎo)致地球持續(xù)了很久的黑暗狀態(tài)，溫度急劇下降，亦引發(fā)巨型海嘯等，以恐龍為首的65%生物都因之而絕種。中國玻璃隕石捷克隕石中國廣西鐵隕石隕石種類展(I)隕石種類展(II)Brenham石鐵隕石于1810年在俄羅斯Brenham所發(fā)現(xiàn)，是20公斤的碎片，含橄欖石37%，又含大量的黑色鉻酸鹽雜物。上圖：一萬三千年前掉到地面的火星隕石。下圖：美國太空總署的研究群，對火星隕石所拍的電子顯微鏡照片。圖中心蚯蚓狀的突起物的寬度約是人發(fā)的百分之一，而學(xué)者相信它是火星微生物的化石。火星隕石及微生物春秋時(shí)代，在宋國所發(fā)現(xiàn)的五顆隕石，或許是中國歷史上年代最久遠(yuǎn)的隕石記錄。秦始皇三十六年，有流星墜于東郡，落地成為隕石，有百姓在石頭上刻”始皇帝死而地分“等字，始皇聽說后，就派人將落石附近的居民全部殺死，并將隕石毀壞。史書中有些關(guān)于隕石的記載：隋大業(yè)十二年五月癸巳有大流星從北來，磨拂竹木，皆有聲，至吳郡城下墜地，時(shí)劉元進(jìn)舉兵據(jù)郡，見而惡之，令掘地入二丈，得一石，經(jīng)丈余。清康熙十五年五月有星隕瓢湖岸，墜地有聲，居民掘之，見一黑石，手按尚熱，重十九斤，擊碎，以刀磨之，火光四射。中國古代隕石描述巨大隕石坑大約5萬年以前，一顆巨大的鐵鎳隕石以每小時(shí)4萬英里的高速，猛烈撞擊亞利桑那北部的巖石平原，爆炸威力超過了2千萬噸的黃色炸藥。隕石直徑大約有150英尺寬，重達(dá)幾十萬噸，在短短的幾秒鐘內(nèi)，留下了700英尺深，4000英尺寬的大洞。圍繞著洞口形成一個(gè)150英尺高的環(huán)狀山丘。直到今天，隕石坑還有550英尺深，周長2.4英里。底部平坦的部分有20個(gè)美式足球場大，周圍的斜坡上，則足以容納2百萬名觀眾！Arizona隕石坑(BarringerCrater)位置：西京111.2度

北緯35.3度隕石湖嘉明湖位于三叉山東南山坳，標(biāo)高3310米，大小約330米×220米，深約35米，呈長橢圓的蛋型輪廓，地屬臺東。表面地質(zhì)以板巖層為主，夾帶少量黏土礦物，湖畔布滿大大小小有棱有角的褐色碎石，由于附近地區(qū)無近期火山活動(dòng)與高溫高壓之變質(zhì)巖，因此應(yīng)可判斷是高溫爆炸下所產(chǎn)生的坑穴，但仍需加強(qiáng)搜尋隕石碎片、高溫矽化現(xiàn)象之礦石，撞擊時(shí)高溫所產(chǎn)生的特殊礦物及熔融物質(zhì)與探勘底層反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，方可卻認(rèn)為隕石撞擊的遺跡。湖周圍有碎石灘，石塊有棱有角，且湖水終年不枯竭，經(jīng)查閱，大陸有類似隕石撞擊點(diǎn)，有數(shù)個(gè)撞擊后產(chǎn)生的洼地，湖水亦不枯竭，且水池邊緣有褐色礦石，與Arizona隕石坑顏色相近。嘉明隕石湖隕石事件發(fā)生年代隕石大小周圍地理景觀及相關(guān)事件嘉明湖(鐵隕)1-2萬年前10m~20m距100km處有甲仙、菜寮化石群（約1-2萬年前）Arizona(鐵隕)5萬年前200m距100km有木化石公園，木化石有均勻斷裂現(xiàn)象是否與隕石墬落有關(guān)？（該公園木化石約2億年前形成）澎湖2000萬年前500m許多化石有熔融呈玻璃的現(xiàn)象墨西哥灣(碳質(zhì)球粒隕石)6500百萬年前10km造成孔龍大滅絕西伯利亞通古斯通事件(冰核彗星)A.D.190870m造成附近林木傾倒，面積達(dá)1000平方公里，馴鹿即狗有些因而死亡。

隕石撞擊事件澎湖畔的地形與地質(zhì)特征地形上具有環(huán)狀構(gòu)造大倉嶼為中央突起澎湖到北港呈現(xiàn)環(huán)狀隆起的波狀構(gòu)造南方周圍小島有玄武巖底部的沉積巖露出，呈碎屑狀，其中包含粉砂巖、砂巖，石灰?guī)r粉砂巖有層黑色的玻璃質(zhì)碎屑(以上為隕石坑的特征）澎湖為隕石坑?以澎湖為中心的基盤隆起現(xiàn)象以澎湖為中心的環(huán)狀重力異常分布(以上為熱點(diǎn)—火山的特征）May20,2001生物意大利國家科學(xué)委員會(huì)與那不勒斯大學(xué)，宣稱已找到並使一顆45億年前的隕石中的外星微生物復(fù)活。這個(gè)被稱為『cryms』的細(xì)菌，在上億年艱苦的環(huán)境中一直保持靜眠，『但當(dāng)遇到生理溶液時(shí)，他們變得有活力並開始運(yùn)動(dòng)』?？茖W(xué)家們復(fù)制並比較活體細(xì)菌的DNA序列，他們的基因體序列與地球上的任何已知生物都不同。然而發(fā)現(xiàn)外星生物的最大爭議，便是隕石可能受到地球細(xì)菌污染，隕石樣本在放入溶液之前，已經(jīng)過攝氏950度與酒精浸泡的消毒。若是這個(gè)發(fā)現(xiàn)為真，則將支持1900年Svante

Aarhenius提出的『胚終論』，即認(rèn)為地球的最初生命來自外太空。隕石中復(fù)活的外星生物流星的形成太陽系里，除了八大行星、幾十個(gè)衛(wèi)星、數(shù)以千計(jì)的小行星，以及周期性或不定期來訪的彗星之外，還散布著成千上萬的冰塊和灰塵顆粒，和太陽系的其他星體一樣繞著太陽公轉(zhuǎn)，由于這些顆粒質(zhì)量小，易受質(zhì)量較大的地球重力或太陽風(fēng)影響，有機(jī)會(huì)墜入地球形成“流星”，因此這些顆粒一般稱為“流星體”。除了太陽系初期形成的流星體之外，那些遠(yuǎn)從太陽系外緣來訪的彗星，也會(huì)帶來大量流星體，這些流星體成群掉落地球后，就形成了我們夜晚所看到的美麗流星雨。流星體的大小流星：太空中的塵埃、冰塊等顆粒，受地球重力吸引掉入地球，和大氣摩擦而發(fā)光，在夜晚出現(xiàn)一道劃過天空的光線。中國民間常把它稱為“賊星”。肉眼常見光度大約2等星的典型流星，其流星體顆粒通常小于0.001公分；彗星造成的流星體，密度大多在每立方公分0.3公克左右。另有一些流星雨可能是小行星的碎片造成的，例如：雙子座流星雨，這類流星體的密度大約是每立方公分2公克，比彗星流星體硬得多了。隕石：掉入地球的外太空物體，因其質(zhì)量較大或密度較高，通過大氣時(shí)尚未燃燒完畢就到達(dá)地面，稱為隕石。火球：比火流星更亮的流星，看起來好像一顆在空中高速飛行的火圈，通常質(zhì)量大到會(huì)落到地面成為隕石的外太空物體較易形成火球。流星有單個(gè)流星、火流星、流星雨。單個(gè)流星的出現(xiàn)時(shí)間和方向沒有什么規(guī)律，又叫偶發(fā)流星?；鹆餍且矊倥及l(fā)流星，只是它出現(xiàn)時(shí)非常明亮，像條火龍且可能伴有爆炸聲，有的甚至白盡可見。許多流星從星空中某一點(diǎn)（輻射點(diǎn)）向外輻射散開，這就是流星雨。隕石是太陽系中較大的流星體闖入地球大氣后未完全燃燒盡的剩余部分。流星體的種類火流星隨著地球和流星體碰撞的角度及方式的不同，流星體相對于地球的速度，可從每秒11公里到最快的72公里。地球和流星體就像是兩個(gè)球一樣，如果正面對撞，相對速度最大；若是地球追上流星體則相對速度最小。大部分的流星在離地面80至120公里的高空開始發(fā)光，當(dāng)流星速度和質(zhì)量愈大時(shí)，流星消失的高度也就愈低，例如：火流星有時(shí)會(huì)沖到離地面一、二十公里處，還有機(jī)會(huì)聽到流星體摩擦大氣所產(chǎn)生的爆裂聲。流星體的速度與高度流星的光芒，其實(shí)是流星體和空氣分子共同產(chǎn)生的。當(dāng)流星體以極高的速度進(jìn)入大氣時(shí)，具有很大的動(dòng)能，和空氣摩擦生熱的結(jié)果，使空氣中的分子（如氮?dú)?、氧氣）和流星體形成帶電離子氣體，而且受到能量影響，不同元素會(huì)發(fā)出不同波長（顏色）的光，在夜空中留下持續(xù)一段時(shí)間的光芒。能量的高低會(huì)影響不同原子發(fā)光的情形，可借由流星的顏色分析出流星的速度。較高速的流星，能量較高，可以游離分解鈣金屬而發(fā)光，例如：英仙座流星雨；而鎂、鈉、鐵等元素則較常出現(xiàn)在慢速流星，例如：雙子座流星雨。流星為什么會(huì)發(fā)光？幾千年前人類就開始對天空產(chǎn)生好奇，在歷史上留下了各種天文景象的記錄。研究這些記錄發(fā)現(xiàn)，大部份的流星是隨機(jī)出現(xiàn)，而出現(xiàn)位置也不固定；但有一些流星呈規(guī)律性的出現(xiàn)，或出現(xiàn)位置是從夜空某一特定位置散射出來，而且在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大量的流星，若一小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)的流星數(shù)目達(dá)數(shù)十顆或上百顆時(shí)，稱為”流星雨“；若出現(xiàn)數(shù)量達(dá)幾百顆或者幾千顆時(shí)，則稱為”流星暴“。什么是流星雨？當(dāng)彗星接近太陽時(shí)，受太陽風(fēng)影響，會(huì)不斷拋出許多灰塵，也就是流星體。流星體會(huì)沿著彗星軌道散布，形成一條環(huán)狀灰塵流。但流星體並非一直留在軌道上，而會(huì)受到太陽風(fēng)影響、本身內(nèi)部互相碰撞，或其他行星重力影響。當(dāng)?shù)厍虼┰藉缧擒壍栏浇鼤r(shí)，流星體會(huì)受地球重力影響墜入大氣層，形成流星；若地球重力捕捉到的是一大群彗星流星體，就形成了流星雨。在地球上並不是每個(gè)地方都能同時(shí)看到流星，只有當(dāng)流星體墜入地球大氣層時(shí)，該地區(qū)剛好是夜晚，才能看到流星雨的景象。若想看到壯觀的流星雨，最好的機(jī)會(huì)是，造成流星體的母彗星經(jīng)過地球公轉(zhuǎn)軌道附近，而地球恰好也接近彗星軌道的時(shí)候，例如：1966年11月16日的獅子座流星暴期間，美洲觀測者每小時(shí)可看到約6萬顆流星。彗星是流星雨的母親流星雨的周期流星雨的周期便和母彗星的周期有密切關(guān)系。若彗星周期短，或彗星留在軌道上的塵埃數(shù)量很多，則每年地球經(jīng)過彗星軌道時(shí)都可捕捉到很多流星體，我們就可定期看到流星雨，例如：8月的英仙座流星雨、10月的獵戶座流星雨。若彗星軌道上的流星體分布不均勻，或母彗星周期較長，則只有母彗星接近時(shí)才有較多的流星體，例如：獅子座流星雨的母彗星，坦普－塔爾特彗星，其周期約33.2年，我們大約每33年可以看到一次壯觀的流星雨，而這個(gè)時(shí)期流星的數(shù)量遠(yuǎn)大于平時(shí)地球行經(jīng)彗星軌道時(shí)的數(shù)量，所以此時(shí)也稱為流星雨的極大期。流星雨來臨的夜晚，大部分的流星看起來好像是從天空某一特定位置向四面八方散射出來，彷佛在此位置上存在一個(gè)星體專門來散射流星，而且這個(gè)位置還會(huì)隨著時(shí)間像其他星體一樣移動(dòng)，我們稱此一特定位置為”輻射點(diǎn)“。造成這現(xiàn)象的原因是，在彗星軌道上成群移動(dòng)的流星體，繞太陽運(yùn)行的方向是一致的，當(dāng)?shù)厍蛴龅竭@群流星體時(shí)，流星體平行落入地球，對地球的觀測者來說，流星沖入的方向就是輻射點(diǎn)的方向。向輻射點(diǎn)望去就如同站在鐵軌上往遠(yuǎn)方眺望，兩道鐵軌好像從遠(yuǎn)方同一點(diǎn)延伸過來，鐵軌就好比流星路徑，遠(yuǎn)方那一點(diǎn)就是輻射點(diǎn)。流星雨的輻射點(diǎn)流星雨的命名輻射點(diǎn)的位置像星座一樣固定，依據(jù)流星雨輻射點(diǎn)所在的星座來為流星雨命名，例如：獅子座流星雨就是因?yàn)檩椛潼c(diǎn)位于獅子座而得名。右圖為一顆2001年獅子座火流星每天掉在地球上且亮度超過5星等的流星大約有一億顆，每年掉到地球上的流星也超過兩千噸。平均來說，偶發(fā)性流星每小時(shí)大約五到六顆；在流星雨來臨期，大約可以達(dá)到每小時(shí)一、二十顆。只有少數(shù)的流星雨期間，例如：英仙座流星雨、獅子座流星雨，可達(dá)到每小時(shí)四、五十顆甚至更多。影響流星出現(xiàn)的因素雖多，主要還是不同流星雨期間，地球穿過的流星體豐富程度不同決定了流星數(shù)量的多寡。此外，若地球接近流星體時(shí)，迎向流星體的那一面剛好是下半夜，我們所看到的流星數(shù)目會(huì)遠(yuǎn)多于上半夜。這就像在雨中開車時(shí)，迎著雨的擋風(fēng)玻璃雨勢看起來較大的道理是一樣的。流星雨在哪里?圖為11月17日～19日凌晨2時(shí)東方天空之示意圖，此時(shí)輻射點(diǎn)仰角約33度獅子座流星雨獅子座流星雨的歷史(I)獅子座流星暴的故事是從1833年11月13日美洲西部的凌晨開始。當(dāng)許多人還在睡夢中時(shí)，突然漆黑的大地居然一片光亮，原來從天空降下了如暴雨般的流星，有些流星竟然和滿月一樣亮，可以在地上照出清楚的影子。據(jù)描述，每小時(shí)約可看到十萬顆