彗星为什么拖了个长长的尾巴？ _彗星

作者：王铮
中国科学院国家空间科学中心
空间天气学国家重点实验室
彗星最大的特征就是那长长的尾巴，因此，在古代它也称为“扫把星” 。
令人好奇的是，为什么彗星会拖着一条长长的尾巴？这个长长的尾巴，又是怎样形成的呢？
要解答这个疑问，就必须先了解彗星的结构。
彗星结构三部曲：彗头、彗发和彗尾
简单来说，彗星分为“彗头”、“彗发”和“彗尾”三部分。彗星头部的彗核是它的核心，由冰物质构成，因为它诞生的地方很冷。彗星接近太阳时，彗核的物质升华，在头部彗核周围形成朦胧的一团，叫做彗发。彗星挥发物质拖成一条稀薄物质流的尾巴，形状好像扫把，就叫彗尾。

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ISON彗星照片（来源：http://i3.sinaimg.cn/IT/2013/1205/U5385P2DT20131205094233.jpg）
彗头的核心就是彗核，这也是整个彗星的核心和挥发物质的来源。一般我们认为彗核是固体，由石块、铁、尘埃及氨、甲烷、冰块组成。这也是为什么有时候我们管彗星叫“脏雪球”：“雪”说的是冻成冰的水，“脏”说的是混合了各种杂质。彗核直径很小，从几公里到十几公里不等，最小的甚至只有几百米。彗核的平均密度为每立方厘米1克，它自己就占了彗星质量的95%以上，也可见接下来要说的其他部分是多么稀薄和“缥缈” 。
【彗星为什么拖了个长长的尾巴？】彗发是彗核周围由气体和尘埃组成球状的雾，像外膜一样把彗核包裹起来，或者像是彗核周围的“大气” 。不过彗发比彗核大多了，半径可达几十万公里，而平均密度小于地球大气密度的十亿亿分之一。彗发是彗核挥发出来的气体，从里向外流出来的平均速度是每秒1-3公里。彗发中气体的主要成分是中性分子和原子，其中有氢、羟基、氧、硫、碳、一氧化碳、氨基、氰、钠等。
实际观测中，科学家们发现有一些彗星在彗发的外面还包围着一层由氢原子组成的云，直径可以达到 100万-1000万公里。这种物质被称之为“彗云”或“氢云”，也可以算作彗头的组成部分。不过这只是一部分彗星才有的。

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彗星的大体结构（来源：
http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20171211/00c06b232b7d4949b453a707f98539c3.jpeg）
我们看飞机在天空飞过，有时候就留下这样一条白色的痕迹。那么，彗星有着这么稀薄的气体，高速飞行的时候，“尾巴”是不是就是它身后的轨迹呢？其实，彗尾形成的原因并不是这么简单。
科学家为探索彗尾，都作出过哪些猜想？
科学家在不断的观察中发现，当彗星运行到太阳附近时，电离的彗尾总是背向太阳，而且离太阳越近尾巴越长。也就是说，如果它靠近太阳又飞走，此时它的飞行方向和彗尾的朝向都是远离太阳的。
1950年左右，霍夫迈斯特（Hoffmeister）和比尔曼（Biermann）提出一种解释，认为这种现象可以用从太阳发射出的连续外流物质传递动量给彗星气体得到解释，而由此估算出的太阳粒子流动（太阳风）的速度约为400公里/秒。这说明：太阳粒子流动（太阳风）是一种日常的现象，而且充斥着整个空间。
不过，这并不是猜测的开始。早在1858年，天文观测者就发现磁暴每经过27天会重新出现一次。20世纪初，对北极光和地磁活动的观测、研究发现，极光和磁暴都有27天重现性，这正好是我们站在地球上看太阳转了一圈的周期。
这么说来，肯定有什么东西从太阳表面的某个位置发出后，到达地球。因此，27天后太阳转了一圈，它就又会来拜访我们。当然我们还没法计算它的速度，说不定发出来的东西只是辐射呢？
1859年，天文学家卡灵顿（Carrington）等人先是观测到一个白光耀斑，大约两天后地球出现了很强的地磁暴。这是很奇怪的，因为耀斑辐射是电磁波，8分钟就可以到达地球。但这种类似耀斑辐射的东西却花了两天左右的时间才到达地球，从而引起了地球磁场的扰动。这种现象是引发“太阳会往外发出物质”想法的开始。

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艺术图：太阳向外释放物质（来源：
http://n.sinaimg.cn/sinacn20114/232/w659h373/20190729/3618-iakuryx6953792.png）
20世纪30～40年代，英国著名科学家查普曼（Chapman）和费拉罗（Ferraro）对磁暴和极光做了大量的研究，认为这些地球物理现象都源自射向地球的太阳粒子流。