【尾巴的形态特点是什么意思】彗星如何拖长尾巴？

作者：王熙

中国科学院国家空间科学中心

空间气象学国家重点实验室

彗星最大的特点是它的长尾，因此在古代也被称为“扫帚星”。

好奇心，为什么彗星会拖长尾巴？这条长尾是怎么形成的？

要回答这个问题，首先要了解彗星的结构。

彗星救援三部曲：彗星、彗星、彗星尾

简单地说，彗星分为“慧头”、“慧发”、“慧美”三个部分。彗星头部的慧核是它的核心，由冰物质组成。因为它出生的地方很冷。彗星接近太阳时，彗星的物质升华，在头部彗星周围形成一团淡淡的，称为慧发。彗星的挥发性物质被吸引到稀薄物质流的尾部，形状像扫帚一样的东西叫做惠美。

艾森彗星照片(资料来源：)

慧头的核心是彗星的核心，也是挥发物质的来源。(威廉莎士比亚、彗星、彗星、彗星、彗星、彗星、彗星、彗星、彗星)一般我们认为彗星是由石头、铁、灰尘、氨、甲烷、冰组成的固体。所以有时我们称彗星为“肮脏的雪球”。“雪”是冰结的水，“脏”是各种杂质的混合。慧核的直径很小，从几公里到十多公里不等。最小的甚至只有几百米。慧核的平均密度是每立方厘米1克，占彗星质量的95%以上，以后要说的其他部分有多稀疏，也有多“迷惑”。

慧发是慧核周围由气体和尘埃组成的球状雾，像外膜一样包裹慧核，或像慧核周围的“大气”。但是彗星比彗星大得多，半径可以达到几十万公里，平均密度小于地球大气密度的十亿分之一。惠发是惠核中挥发的气体，从里面流出的平均速度为每秒1 ~ 3公里。慧发中气体的主要成分是中性分子和原子，包括氢、羟基、氧、硫、碳、一氧化碳、氨基、氰化物、钠等。

在实际观测中，科学家们发现彗星在慧发外面围绕着氢原子构成的云，直径可以达到100-1000万公里。这种物质被称为“慧云”或“氢云”，也可以计算为彗星的一部分。但这只是彗星的一部分。

彗星的一般结构(资料来源：

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我们看到飞机飞过天空，有时会留下这样的白色痕迹。那么彗星有这么稀薄的气体，高速飞行时“尾巴”就是它后面的轨迹吗？事实上，惠美形成的原因不是那么简单。

科学家们为了探究惠美做过什么推测？

科学家们不断观察后发现，彗星运行到太阳附近时，电离的惠美总是背对太阳，离太阳越近，尾巴越长。也就是说，如果你靠近太阳，然后飞走，这时飞行方向和惠美方向都是远离太阳的。(莎士比亚)。

1950年左右，Hoffmeister和Biermann解释说，这种现象可以通过从太阳发射的连续流出物质传送到彗星气体来解释。因此，太阳粒子流(太阳风)的速度估计约为400公里/秒。这表明太阳粒子流(太阳风)是一种日常现象，充满了整个空间。

但这不是推测的开始。早在1858年，天文观测者就发现磁暴每27天就会再次出现。20世纪初对北极光和地磁活动的观察、研究表明，极光和磁暴都有27天的再现性，这就是我们站在地球上绕太阳一周的周期。

这么说，一定是有什么东西从太阳表面的某个位置发出后到达了地球。(威廉莎士比亚，《泰姆派斯特》，《天堂》)所以，27天后太阳转了一圈，就会再次来拜访我们。当然，我们还不能计算速度。也许释放的只是辐射。

1859年，天文学家卡灵顿等人首先观测了白光斑，大约两天后，地球出现了强烈的地磁暴。这很奇怪。因为耀斑辐射是电磁波，8分钟就能到达地球。但是像这种耀斑辐射一样的东西，需要两天左右才能到达地球，从而扰乱了地球的磁场。这种现象是引起“太阳向外释放物质”想法的开始。

艺术贴图：太阳发射物质(来源：

)。

20世纪30年代和40年代，英国著名科学家查普曼(Chapman)和费拉罗(Ferraro)对磁暴和极光进行了大量研究，他们认为这些地球物理现象都来自面向地球的太阳粒子流。

查普曼提出了这样的构想：当来自太阳的带电粒子流冲向地球附近时，高空会形成额外的电流环，从而阻碍地磁声音的自爆。(威廉莎士比亚、温德堡、磁暴、磁暴、磁暴、磁暴、磁暴、磁暴、磁暴、磁暴)根据这个构想，太阳的一个区域需要不断辐射粒子流。因为

为太阳在自转，这个区域也应该跟着太阳一起旋转。这个区域逐渐被叫做M区——M是“神秘”（Mystery）与“磁暴”（Magneticstorm）两个词的第一个英文字母。

1932年，Barteles提出正是M区的粒子流导致了一些与耀斑没有关系的地磁暴。现在我们管M区叫冕洞了，它流出的正是高速太阳风。

冕洞照片（来源：

）

有关于太阳风的争论，决定了彗尾的形成

人们离“太阳风”的想象已经如此之近，不过我们并不能肯定太阳风是一种日常的、持续不断的现象。

在50年代，科学权威查普曼提出了太阳周围的大气（也就是日冕）处于静止模式，这是在类比地球大气的样子。太阳日冕温度很高，其中的粒子都是完全电离的离子（主要是氢离子，也就是质子）和电子。

查普曼假定日冕及其向外延伸的气体都处于静止状态（也就是静态的粒子充斥着宇宙空间），只有热传导传递能量，太阳巨大的引力把气体向里吸，但是温度很高的气体运动引起的压力把气体往外推，双方达到了平衡。可是根据计算的太阳日冕温度，按照相应的物理规律算下来，太阳的引力可拉不住温度这么快的气体往外跑，故而理论陷入了矛盾。

在1958年，科学家帕克（Parker）提出了日冕超声速膨胀的理论，很好地解释了这个问题。他认为由于日冕底部的高温，日冕中存在着比较大的压强梯度力，在此作用下，太阳大气的粒子逃脱了太阳引力的束缚向外流出后，被逐渐加速并最终达到超声速，形成了太阳风。

不过，一来查普曼是学术界的权威，笃信的人很多，帕克的论文受到打压，二来也有人提出，方程计算的太阳风一直达不到超声速，似乎也说得通，这也叫“太阳微风”，不过其实这种理论也遇到了无穷远处风压力的问题。

实践是检验真理的唯一标准。人类航天器上天之后，就开始努力寻找太阳风及其所符合的特征。以水手二号为代表的飞船探测到长期的、持续不断的超声速太阳风粒子流，证实了太阳风的存在，也终结了查普曼和帕克关于太阳风的争论。

示意图：太阳风从太阳到地球（来源：

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彗尾究竟是怎样形成的？

让我们回到彗尾的问题，在证实了太阳风的存在和特征之后，这个问题也就迎刃而解——彗尾是太阳风“吹”出来的彗星挥发物质，在太阳光的照射下，我们能看到明亮的结构。

彗星在远离太阳时体积其实很小，但接近太阳时，由于温度升高、挥发加剧，彗发变得越来越大，彗尾也一起变长，整个彗星体积变得十分巨大。彗尾最长可以有几亿多公里，如 1842Ⅰ彗星的彗尾长达 3.2亿公里，可以从太阳延伸到火星轨道。

彗尾如此巨大，地球都能从彗尾中穿过去。上百年前人们预测到这样的现象时相当惊恐，有谣言说，人类会被彗尾的毒气毒死。不过现在我们知道了，人类对这种现象一点感觉也没有。

按照形状，彗尾主要分为两大类：一类为“离子彗尾”，由离子气体组成，如一氧化碳、氢、二氧化碳、碳、氢基和其他电离的分子。这类彗尾比较直，细而长，因此又称为“气体彗尾”或Ⅰ型彗尾。

另一类为“尘埃彗尾”，是由微尘组成，呈黄色，是在太阳光子的辐射压力下推斥微尘而成。这种彗尾是弯曲的，其中较宽的又称为Ⅱ型彗尾，而弯曲很厉害、又短又宽的又称为 Ⅲ 型彗尾。

此外还有一种叫“反常彗尾”，彗尾是朝向太阳系方向延伸的扇状或长钉状。一般一颗彗星有两条以上的不同类型彗尾。

背向太阳的彗尾（来源：

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来源：科学大院

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