彗星的亮度

彗星绕太阳运行过程中，亮度是有很大变化的。研究亮度的变化及有关现象，对于彗星的某些未知性质的探索是很有帮助的。

怎样观测彗星的亮度呢？我们先从恒星的亮度谈起。古代把肉眼可见的恒星按亮度分为6个等级，最亮的10几颗定为1等星，如牛郎星，暗些的定为2等，如北极星……肉眼刚刚能看到的，很暗的，定为6等星。这种规定是凭感觉的，比较粗略。到19世纪中叶，才确定出星等与亮度的精确关系：星等增加1等，相应的亮度要暗2.512倍，即1等星比6等星亮100倍。现在的恒星亮度都已测出准确值，例如北极星为2.3等。但要测彗星的亮度要比测恒星的亮度困难得多。因为恒星像一个“光点”，或称“点源”，而彗星是一个弥漫雾斑，称“延伸源”或“面源”，而且没有明显的边缘，一直向外伸延很远，越远越暗，直到和天空亮度混在一起而不能分辨为止。要测它的亮度就与仪器性能、观测方法、天空亮度、大气透明度……等因素有关。另外，大多数恒星的距离和亮度在几百年内甚至上千年看不出有多大的变化，而彗星的亮度，即日心距和地心距有关，也和位相角（在彗核中心处看太阳方向和地球方向之间的夹角）有关。总之，涉及到很多因素，所以彗星的视亮度是难于测准的，并且还可能因人而异，例如1962年曾对塔特尔-贾科比尼-克雷萨克彗星在过近日点时测定过它的亮度，不同的观测人得出不同的结果，竟相差到6个多星等，即亮度相差200多倍。

测量彗星的视亮度与望远镜的口径有关，口径每增加1厘米，视亮度需改正0.065星等。这样，对同一颗彗星使用不同口径的望远镜测出的亮度就不一样。所以有个规定，以口径为6.78厘米的望远镜测出的亮度为准。不论用什么口径望远镜，但要归算到口径6.78厘米时的亮度，这样测出的视亮度就一致了。还有，光源越远，视亮度越暗，与光源距离的平方成反比。如果两颗彗星的亮度一样，但和观测者的距离不同，它们的视亮度也不同。为了便于比较，规定个标准，叫做“绝对亮度”，以J0表示。所谓绝对亮度就是设想把彗星放在日心距（以R表示）为1个天文单位，地心距（以△表示）也是1个天文单位的地方彗星的视亮度。观测结果还表明，彗星的视亮度与日心距R的n次方成反比，n值由观测定出；位相角在20°至140°的范围内，位相角与视亮度没有多大关系。可按下式把视亮度J换算为绝对亮度J0：

J0＝J△2R2

或者“绝对星等”M0用视星等M1表示：

M0=M1-5log△-2.5nlogR

式中的△，R都取天文单位。

上式对有些彗星是不适用的，如对哈雷彗星，它在过近日点前后视亮度的变化是不同的不能用上式表示。此外，在彗星的日心距较大时，彗尾和彗发基本消失，这时常观测彗核和视星等，也叫“核星等”，以M2表示。哈雷彗星的核星等与日心距和地心距之间的关系为：

M2=14.1+5log△+5logR

值得注意的是，对于不同的彗星，它的总亮度与日心距的关系数n有不同的值。曾有人对从1858至1937年出现的45颗较亮彗星的观测资料进行统计，得出n在-1.8至11.4之间，大多数彗星的平均数是n=3.3，而且n与近日点前后无关。1972年捷克天文学家瓦尼塞克按彗星的不同轨道情况，研究了彗星亮度与日心距关系数n，结果列表如下：

3.16表中的a是轨道的半长径，以天文单位计，e是轨道的偏心率。从表中可看出，短周期彗星有较大的n值，总亮度随日心距变化快；长周期和近抛物线轨道的彗星n值较小，总亮度随日心距的变化慢。具有连续光谱（颗粒反射太阳光）的彗星n值更小。亮度随日心距变化快，说明彗星含有较丰富的气体，从上表可看出短周期彗星的气体含量是较丰富的。

1958年，前苏联天文学家符谢斯比亚特斯基总结了803次彗星观测的资料，得出大多数彗星的n值为4，同时他也求出相应的绝对星等M0值，发现短周期彗星的M0值随时间的增加而增大，或者说亮度逐渐变暗。例如恩克彗星在1810年的绝对星等是8等，最近已暗到10～12等，大约每百年变暗2～3等，据估计，恩克彗星以后变暗可能不超过每百年1等。可以说彗星变暗是它失去了活力，是“衰老”的表现。

除了绝对星等变暗这一特性外，许多彗星还有在短时间内突然增亮的现象，这叫彗星的亮度爆发或称“彗星爆发”。爆发时的亮度一般增加6至100倍，时间持续约3～4星期。例如，霍姆斯彗星是1892年11月发现的，当时肉眼看到的亮度是4～5等。当它运行到日心距约2.4天文单位和地心距为1.5天文单位时，亮度约为3等，然后又暗下来，到1893年4月，暗到看不见了。它是颗短周期彗星，周期6.9年，1899年和1906年回归时都观测到了，但很暗，分ZJj为9.5等和9.8等，亮度比原来减少了上万倍。以后的几次回归都没有看到它，认为它已经“死了”。1958年以后利用电子计算机又重新对它的轨道进行了精密的计算，于1964年7月16日，在宝瓶座预算的位置上又发现了它，亮度为19等，周期也变成7.4年了。它提示人们要注意某些彗星会“死而复生”。又如施瓦斯曼-瓦赫曼彗星，轨道近圆形，周期为15年，它的亮度通常是18等或19等，爆发时亮度可增加上百倍，每年爆发2～3次。1927年第一次发现它时，亮度是13～14等，正处于爆发时期。它每次爆发，形态也改变。从爆发前的朦胧雾似的恒星状彗核到爆发后慧发的变大，可算出彗发的扩大速度为每秒100至500米。爆发后的光谱依然是反射太阳光的连续光谱。还有，塔特尔-贾科比尼·克雷萨克彗星近日距是5.2天文单位，周期是5.6年。但它的周期变化较大，最短到4年，最长到6年。由于它的轨道情况，难于观测到。它是美国天文学家塔特尔于1858年5月2日第一次发现的，以后的8次回归都没有看到它，于1907年又被法国天文学家贾科比尼第二次发现，以后的几次回归又没有看到，第三次是1951年被捷克天文学家克雷萨克观测到了。1962年又看到一次。1973年1月8日用口径229厘米的望远镜看到它时，亮度是21等，它应在5月29日过近日点，近日距是1.7亿千米。估计在过近日点时亮度应为13等。在5月20日是14等，这与预料是一致的。随后，怪事发生了：5月27日为4等，在7天之内增加10个星等，也就是亮度增加了1万倍，实在是不寻常的特大爆发115月29日减弱到6.5等，7月4日暗到14等，7月？日又增亮到5等，即3天内增亮到9个星等，又是一次大爆发17月12日又减弱到10等，这种现象实在少见。

彗星在亮度爆发时，往往伴有从彗核蒸发出的物质喷流，有时形成圆形或卵形乃至不对称的气壳，气壳的膨胀速度为每秒几百米，膨胀范围可达10万千米左右。爆发时还有可能伴有彗核的分裂。

造成彗星爆发有几种说法：（1）彗核表面下有挥发物蒸发，造成高压气囊，气囊爆裂而抛出物质；（2）彗核中爆炸性的化学反应；（3）未结晶的冰发生相变，成为结晶，导致体积变化而产生应力，使彗核瓦解；（4）行星际的“漂砾”撞击了彗核；（5）彗核内部放射物衰变加热而造成物质迁移；（6）太阳辐射的热冲击波使彗核分裂；（7）彗核较深区域的挥发物蒸发尽，导致彗核收缩而破裂，抛出物质。

彗星爆发的原因比较复杂，不同的彗星爆发的原因可能不同，即使是同一颗彗星的几次爆发原因也不尽相同。总之，彗星爆发的原因尚无定论，仍是一个谜，有待进一步探索。