哈雷彗星

提示：此条目的主题不是海爾-博普彗星。
1P/哈雷
威廉·利勒於1986年3月8日在復活節島拍攝的哈雷彗星
發現
發現者爱德蒙·哈雷[a]
辨識出其週期性
發現日1758年12月25日
（首次預測回歸）
臨時編號各種 （參見 回歸）
軌道特性考
曆元2061年8月4日（JD 2474040.5）
觀測次數8,518
遠日點35.14 AU[1]
近日點0.59278 AU[2]
半長軸17.737 AU
離心率0.96658
週期74.7年
軌道傾角161.96°
升交點黃經59.396°
近心點角112.05°
蒂塞朗參數–0.598
與地球軌道相交
最小距離		0.075 au
與木星軌道相交
最小距離		0.783 au
彗核尺寸14.42 km × 7.4 km × 7.4 km （喬托號）[4]
15.3 km × 7.21 km × 7.21 km (維加)[4]
彗核反照率0.04[5]
彗星整體星等
（M1）		5.5
彗核星等
（M2）		13.6
歷次近日點
日期		1986年2月8日
下次近日點
日期		2061年7月28日[2][3]


哈雷彗星[b]大約每75至76年出現一次[6]，是唯一已知從地球上，能持續以肉眼可見的的短週期彗星[7]。不過大多數記錄的出現（30次中有25次）發生在75至77年之間。它上衣次出現在太陽系內部是在1986年，下一次出現將在2061年中。官方名稱為「1P/哈雷」，也常被稱為「哈雷彗星」，有時簡稱為「哈雷」。

哈雷彗星週期性重返內太陽系，至少自公元前240年起，全球天文學家已觀測並記錄到它。在中国、巴比倫、中世紀的歐洲都有這顆彗星出現的清楚記錄，但是當時的观测者並不知道這是同一顆彗星的再出現。直到1705年，英國天文學家愛德蒙·哈雷才明白這些出現其實是同一顆彗星的再現。由於這項發現，這顆彗星遂以哈雷之名命名。

1986年3月，在其最近一次造訪太陽系內部時，哈雷彗星成為首顆被太空船詳細觀測的彗星，歐洲太空總署的「喬托號（太空船）」任務提供了首批關於彗核結構及彗髮和彗尾形成機制的觀測數據。這些觀測支持了幾個長期以來關於彗星構造的假說，特別是弗雷德·惠普爾的「髒雪球」模型，正確預測哈雷是由揮發成份——如水、二氧化碳、氨和宇宙塵埃的混合物組成。

這些任務也提供了大幅改革與重組這些觀念的數據；例如，現在已知哈雷的表面主要由含塵埃且非揮發性的物質組成，且只有極小部分是冰層。3月6日和9日，維加計畫的兩艘太空船維加1號與2號也造訪了該彗星。它們最接近的距離是8,890公里（5,520英里）和8,030公里（4,990英里），提供了哈雷彗星的尺寸、形狀、溫度及表面特性資料。

軌道計算

哈雷彗星是第一顆被認定為週期彗星的彗星。直到文藝復興時期，如亞里斯多德所論述的，多数哲學家認定彗星的本質是地球大氣中的一種擾動。第谷在1577年推翻這種想法，他以視差的測量顯示彗星必須比月球更遠。但許多人依然不相信彗星是繞著太陽運行，並且認為它們在太陽系內的路徑是遵循直線行進的[8]。1687年，艾薩克·牛頓發表了它的《自然哲學的數學原理》，介紹引力和運動的規律。雖然他懷疑在1680年和1681年相繼出現的兩顆彗星是掠過太陽之前和之後的彗星（1680年大彗星，後來發現他是正確的），但因為他對彗星的研究顯然還未完成[9]，因此未將彗星放入他的模型中[10]。

"我必須懇求您為我取得弗蘭斯蒂德觀察到的1682年彗星資料，特別是在九月的，因為我越來越確定我們已經見過那顆彗星三次，自從yͤ 1531年起，he will not deny it you, though I know he will me." —摘錄自哈雷寫給牛頓關於彗星軌道的信函（1695年9月28日）。

最終是牛頓的朋友，編輯兼出版人的愛德蒙·哈雷，在他1705年的《彗星天文學綜述》中，利用牛頓的新定律計算了木星和土星對彗星軌道的引力效應[11]，他整理出24顆彗星的觀測清單，他計算出，1682年出現的第二顆彗星的軌道要素，幾乎與1531年（由彼得魯斯·阿皮亞努斯觀測）及1607年（由約翰尼斯·克卜勒觀測）這兩顆彗星的軌道元素相符[11]。哈雷因此得出結論：這三顆彗星都是同一天體，約每76年回歸一次，而這個週期後來被發現介於72至80年之間[6]。在粗略估算行星引力對彗星的擾動後，他預測該彗星將於1758年回歸[12]。他於1682年9月親自觀測到在近日點附近的這顆彗星[13]的，但他於1742年去世，未能見證預言的實現[14]。

牙買加博學家弗朗西斯·威廉斯（肖像歸於威廉·威廉斯，约1760）。這是唯一一幅當代天文學家檢測彗星回歸的插圖。

儘管彗星直到1758年12月25日才由德國農夫兼業餘天文學家約翰·喬治·帕利茨施（英語：Johann Georg Palitzsch）觀測到並繪製，哈雷對彗星回歸的預言被證實正確。隔年初彗星變亮後，來自歐洲及其殖民地的其他觀測者也向巴黎發送確認報告。在美洲，約翰·溫斯洛普 (教育家)曾在哈佛大學演講，解釋彗星再現對牛頓力學及自然神學的影響[15]。

牙買加天文學家弗朗西斯·威廉斯也獨立認定彗星已回歸，但他的觀察並未傳入歐洲[16][17]。威廉斯委託製作的一幅獨特肖像，展示了彗星回歸對當時天文學家的影響。威廉斯的手放在牛頓《自然哲學的數學原理》第三版第521頁上。目睹《自然哲學的數學原理》中包含預測彗星的程序。天空中的白色污點很可能是1759年3月哈雷彗星相對於星座的描繪，而掛在書本上方的繩索很可能代表彗星的軌道[18][17]。2024年，利用X射線成像，畫作中描繪了1759年彗星可見的星域。威廉斯很可能藉由這幅肖像畫以紀念他的觀察[17]。

因為木星和土星的吸引，導致延遲了618天，彗星直到1759年3月13日才通過其近日點[19]。但由三位法國數學家亞歷克西·克洛德·克萊羅、熱羅姆·拉朗德，以及妮科爾-雷娜·勒波特組成的團隊[20]，在回歸前計算此效應的誤差為一個月（4月13日）[21]。彗星的回歸是首次確認有除行星外的天體被證明繞太陽運行[22]。這也是牛頓物理學最早成功的測試之一，並明確展現了其解釋力[22]。這顆彗星於1759年由法國天文學家尼古拉-路易·德·拉卡伊（法語：Nicolas-Louis de Lacaille）首次以哈雷之名命名[22]。

有些學者提出，公元一世紀的美索不達米亞天文學家早已認定哈雷彗星是週期性的[23]。此理論指出巴比倫塔木德卷阿加達[24]，這指的是「一顆每70年出現一次，讓船長犯錯的星星」[25]。也有人認為這段文字可能指的是亮度以60年週期擺盪的變星米拉 [26]。

1981年，研究人員試圖根據17及18世紀的精確觀測，透過數值積分計算哈雷過去的軌道，但由於當年哈雷接近地球，無法得出更早於837年的精確結果。 因此必須使用古代中國的彗星觀測來約束他們的計算[27]。

軌道與起源

一世紀的猶太天文學家可能已經認為哈雷彗星會週期性出現[28]。提出這理論是注意到在一篇猶太法典的短文中[29]提到：“有一顆星隔70年出現一次，會使船長發生錯誤” [30]。

哈雷彗星的紀錄和聯想

《史記》「始皇七年，彗星先出東方，見北方；五月見西方，十六日」
哈雷彗星的軌道，以藍色描繪，相對於以紅色描繪的木星、土星、天王星和海王星的軌道。
哈雷彗星的軌道（藍色）相對於外行星的軌道（紅色）

最先和最完備的哈雷彗星紀錄皆在中國；據朱文鑫考證：自秦始皇七年（前240年）至清宣統二年（1910年）共有29次記錄，並符合計算結果。

在歐洲，哈雷彗星的紀錄也十分詳盡，最早的紀錄在前11年，但哈雷彗星回歸與其他彗星一樣，被眾多迷信的居民聯想成稀罕的災星，與災禍联系在一起；1066年4月回歸時，英國剛好遇著诺曼底公爵王朝前的侵略戰爭，當時居民見到彗星高掛的恐懼情況被繪在貝葉掛毯上留傳後世。

1066年以前

  • 前613年，《春秋》「秋七月，有星孛入於北斗」。
  • 前240年，《史記·始皇本紀》「始皇七年，彗星先出東方，見北方；五月見西方，十六日」。[1]（页面存档备份，存于互联网档案馆） 。
  • 前164年後半，巴比倫的粘土板有記錄。 前163年5月12日 汉文帝后元二年己卯正月壬寅《汉书·天文志》“天欃夕出西南”。
  • 前87年7月10日 汉昭帝始元二年《汉书·天文志》“孝昭始元中，汉宦者梁成恢及燕王候星者吴莫如，见蓬星出西方天市垣东门，行过河鼓，入营室中”
  • 前12年10月，《新約聖經》有伯利恆之星的說法。前12年10月9日汉成帝元延元年 《汉书·五行志》“元延元年七月辛未，有星孛于东井，践五诸侯，出河戌北，率行轩辕太微，后六日度有余，晨出东方；十三日，夕见西方，犯次妃，锋炎再贯紫宫中；大火当后，达天河，除于后妃之域，南逝度，犯大角摄提，至天市而按节徐行，炎入市中，旬而后西去，五十六日与苍龙俱伏。”
  • 66年2月20日汉明帝永平八年《后汉书·天文志》 “永平八年，六月壬午，长星出柳、张三十七度，犯轩辕，刺天船，凌太微，至上阶，凡现五十六日去柳。”
  • 607年3月，日本書紀有記錄。[31]隋炀帝大业三年 607 3月18日 《隋书·天文志》

大业三年三月辛亥，长星见西方，竟天，干历奎、娄，至角、亢而没；至九月辛未，转见南方，亦竟天，又干角、亢，频扫太微、帝座，干犯列宿，唯不及参、井，经岁乃灭。

  • 684年10月，日本書紀（天武12年）有記録。1493年，歐洲《紐倫堡編年史》編撰者使用的資料來源之一記錄了這一事件[32]，包含事件發生8個世紀後的圖像。

《新唐书·天文志》記錄唐武帝后光宅元年九月丁丑，有星如半月，见于西方。

  • 837年3月22日，即唐文宗開成二年二月丙午。這是史上哈雷彗星距地球最近的一次[33][34]，距離僅僅0.03天文單位（320萬英里；510萬公里）。彗星的尾巴在天空中伸展了90度，亮度達到-3等。中國、日本、德國、拜占庭帝國和中東的天文學家都記錄下來這次回歸。皇帝虔誠者路易觀察到了這一現象，並致力於祈禱和懺悔，擔心「王國發生變化及一位王子的死訊傳開」[35]。

《舊唐書·天文志》 二年二月丙午夜，彗出東方，長七尺餘，在危初度，西指。戊申夜，危之西南，彗長七尺，芒耀愈猛，亦西指。癸丑夜，彗在危八度。庚申夜，在虛三度半。辛酉夜，彗長丈餘，直西行，稍南指，在虛一度半。壬戌夜，彗長二丈，其廣三尺，在女九度。癸亥夜，彗愈長廣，在女四度。三月甲子朔，其夜，彗長五丈，岐分兩尾，其一指氐，其一掩房，在鬥十度。丙寅夜，彗長六丈，尾無岐，北指，在亢七度。文宗召司天監硃子容問星變之由，子容曰：「彗主兵旱，或破四夷，古之占書也。然天道懸遠，唯陛下修政以抗之。」乃敕尚食，今後每日禦食料分為十日。其夜彗長五丈，闊五尺，卻西北行，東指。戊辰夜，彗長八丈有餘，西北行，東指，在張十四度。詔天下放系囚，撤樂減膳，避正殿；先是，群臣拜章上徽號，宜並停。癸未夜，彗長三尺，出軒轅之右，東指，在張七度。

  • 989年9月，日本和中国皆有記録。這一年日本永延三年改元為永祚元年。宋太宗端拱二年 989年9月3日 《宋史·天文志》

端拱二年七月戊子，有彗出东井、积水西，青白色，光芒渐长，晨见东北，旬日，夕见西北，历右摄提，凡三十日，至亢没。

1066年

貝葉掛毯上描繪的哈雷彗星

1066年，彗星在英國出現，並被認為是一種預兆：同年晚些時候，英國哈羅德二世在黑斯廷斯戰役中陣亡，征服者威廉奪取王位。這顆彗星出現在貝葉掛毯上，並在標題中被描述為一顆恆星。該時期倖存的記載將其描述為金星大小的四倍，並且發出相當於月球四分之一的光芒。哈雷當時距離地球不到0.1個天文單位[34]，亮度達到-1等。

1145年–1378年

  • 1145年4月，日本天養二年改元為久安元年。宋高宗绍兴十五年 1145年4月18日 《宋史·天文志》

绍兴十五年四月戊寅，彗星见东方。丙申复见于参度。五月丁巳，化为客星，其色青白。壬戌留守张，至六月丁亥乃销。

  • 1301年10月，中国的《元史》中皆有記載。元成宗大德五年 1301 10月27日 《元史·天文志》

大德五年八月庚辰，彗出东井二十四度四十分，如南河大星，色白，长五尺，直西北，后经文昌、斗魁，南扫太阳，又扫北斗、天机、紫微垣、三公、贯索，星长丈余，至天市垣，巴蜀之东，梁楚之南，宋星上，长盈尺，凡四十六日而灭。

1456年

1531年–1759年

1531年彼得魯斯·阿皮安努斯（英語：Petrus Apianus）《凱撒的天文學》中出現的插圖，指出彗星的尾巴總是指向背向太陽的方向。

在《古魯格蘭特薩希卜》的錫克教經典中，該信仰的創始人古魯那納克提到1110安格時「升起的長星」，部分錫克學者認為這是指1531年出現的哈雷彗星[36]。

哈雷的週期性返回 自16世紀以來，哈雷的定期回歸便受到科學研究。彼得魯斯·阿皮亞努斯（英語：Petrus Apianus）和吉羅拉莫·弗拉卡斯托羅（英語：Girolamo Fracastoro）描述了1531年彗星的造訪，前者甚至在著作中附有圖像。透過觀測，阿皮安努斯證明彗星的尾巴總是指向遠離太陽的方向[37]。1531年至1682年間的三次出現紀錄，被愛德蒙·哈雷注意到，使他得以預言其將再度出現[38]。在哈雷與牛頓討論他對運動定律的觀點時，發生一個關鍵突破。牛頓也協助哈雷取得約翰·弗蘭斯蒂德關於1682年出現的資料[39]。透過研究1531年、1607年和1682年彗星的資料，他得出結論：這些彗星就是同一顆彗星，並於1696年發表了他的發現[39]。他預測彗星將於1758年回歸，並於1758年12月再次出現，並持續可見至1759年[12]。

其中一個困難是要考慮彗星公轉週期的變化，1531年至1607年間的週期比1607年至1682年間的週期長超過一年[40]。牛頓曾推測這些延遲是由其他彗星的引力引起，但哈雷發現木星和土星會造成適當的延遲[40]。隨後數十年，更精細的數學研究持續進行，巴黎天文台尤為顯著；哈雷的研究也為牛頓與克卜勒的天體運動規則提供了推動[39]。（另見軌道計算。）

1835年回歸

1835 年，E. J. 庫柏在愛爾蘭馬克里天文台使用口徑為 340 毫米（13.3 英寸）的巴黎考喬瓦透鏡望遠鏡繪製了哈雷彗星的草圖。

F.W. Bessel也畫了哈雷彗星的草圖[41]。1835年，天文學家在彗星出現期間觀察到的噴流促使弗里德里希·威廉·貝塞爾認為蒸發物質的噴射力可能足以顯著改變彗星的軌道[42]。

世界各地的著名天文學家從1835 年8 月開始進行觀測，其中包括多帕特天文台的斯特魯維和好望角進行觀測的約翰·赫歇爾爵士[43]。在美國，耶魯大學使用望遠鏡觀測彗星。新的觀測結果有助於證實這顆彗星的早期紀錄，包括1456年和1378年的回歸。

1835年8月31日，天文學家D. Olmstead和E. Loomis 在康乃狄克州耶魯大學首次報告了這顆彗星[44]。在加拿大紐芬蘭和魁北克也都有彗星觀測報告。1835年後期，來自各地的報道紛紛湧來，當時的加拿大報紙也經常對此進行報道。

天文攝影在1839年出現，因為攝影技術直到在1830年代才發明，故1835年回歸沒有拍攝記錄[45]。

哈雷彗星在1835年與1910年之間回歸週期只有74.42 年，這是已知的最短回歸週期之一，彗星在行星的影響下，回歸週期曾長達79年[46]。

1910年之回歸

Black-and-white picture of the comet, its nucleus brilliant white, and its tail very prominent, moving up and to the right
哈雷彗星1910年回歸

直至1910年回歸時，部分民众仍對哈雷彗星充滿恐懼。當時經算出來的結果顯示：過近日點後的哈雷彗星彗尾將掃過地球，有報紙故意誇大其恐怖性，称彗尾中有毒氣会滲入大氣層，並毒死地球上大部份人，正如科学家所预料的，这种情况并未发生。不过，哈雷彗星的光谱分析发现了彗星的彗尾中含有氰（一种毒气），这导致公众担心地球通过尾巴时会被氰毒化。不过，由于彗尾中的氰含量极少，扩散到大气层后并不足以毒死人。[47][48]當時有些偏僻村落的人感到異常恐慌，報導称中歐和東歐甚至有人因此自殺。

這次回歸開始，哈雷彗星有了照片和光譜紀錄；是次回歸最早在1909年9月11日被發現，當時彗星光度16等；1910年5月中旬直至月底的彗核亮度達2-3等，5月17日彗尾長達100度，往後更發展至140度之長。由於天文學家已預計5月20日地球經過哈雷彗星的彗尾（兩者相距只有0.15 AU），這樣引起包括氣象學研究人員對環境的監測。這段時間拍下的彗頭照片顯示彗頭複雜動蕩的結構，並且有暈狀和鳥冠狀的光芒，5月24日彗核中心分為兩個，各被拋物線狀物包圍；當年8月時為9等星，翌年1月時變為13～14等，那次回歸最後觀測紀錄是1911年6月16日。

1986年之回歸

Halley's Comet, tail barely visible, against a background of stars with the Milky Way seen in the background
哈雷彗星1986年回歸

哈雷彗星1986年的回归是人类有史以来作對它所作的最詳盡的一次觀測，尽管这次回归它远远没有以往回归时那样的明亮。假如没有现代的观测与分析工具，这一次回归可能不被人们发现。

1982年10月16日美國帕洛马山天文台5米反射望遠鏡以CCD率先捕捉到回归途中的哈雷彗星，當時光度為24.2等，距離太陽11天文單位，即位於木星及土星之間，暫定名為1982I。

由於1910年觀測時沒有計畫，當時各天文台觀測方法和儀器上沒有互相連系，故沒有良好成果。為更有效協調全球觀測網絡，世界各天文台和天文愛好者之間聯合觀測。以美國喷气推进实验室為中心，由美國太空總署贊助，並經國際天文聯會由22位天文學家組成委員會於1982年8月16日在希臘舉行的國際天文學聯合會第18次全體會議上正式成立「國際哈雷彗星觀測計畫」（International Halley Watch，IHW）。計畫有統一的觀測原則，出版規範觀測資料和方法，也考慮資料整理，因此使比較研究更容易。此計畫由1983年10月中旬開始直至1987年末，不間斷的對哈雷彗星觀測。

為了觀察哈雷彗星，當時參加這場國際哈雷彗星觀測計畫的國家所屬太空中心中，美國國家太空總署、前蘇聯太空局、歐洲太空總署以及日本宇宙空間研究所發射了七架宇宙探查器，其中由美國發射的ICE、歐洲發射的喬托號、日本發射的先驅號和彗星號以及前蘇聯發射的維加一號和二號，在天文迷中普遍被稱作「哈雷艦隊」。

1991年2月，南歐天文台以1.54米丹麥望遠鏡觀測到哈雷彗星的亮度突然從25等增亮至21.5等，並冒出20角秒（約20萬公里）的彗髮，這可能是受到一顆小行星的撞擊或者太陽耀斑的激波激發所致。

1986年3月18日，時年84歲的日本天皇裕仁在東京通過望遠鏡觀測了哈雷彗星。裕仁上一次看見它時，僅有8歲。[49]

21世紀的觀測

在20世紀最後一次在拍攝中發現哈雷彗星為1994年1月10日，以智利的3.58米新技術望遠鏡（New Technology Telescope）觀測。2003年3月6日，天文學家以南歐天文台三座8.2米VLT望遠鏡在長蛇座頭部再次拍到它（81張照片，共計九小時曝光），距地球27.26 AU（40.8億公里），光度28.2等；天文學家相信：以現時觀測技術，即使它在2023年過遠日點（35.3 AU）還要暗2.5倍之下，也可拍到其影像。

2061年之回歸

哈雷彗星的下一次通過近日點發生在2061年7月28日，與1985-1986年回歸相比，這次觀測位置更好，因為彗星將與地球位於太陽系同一側[50]。屆時哈雷彗星最接近地球將是近日點後一天。預計當時亮度為視星等−0.3等，相較之下1986年亮度為僅為視星等2.1等[51] 。 2060年9月9日，哈雷彗星將經過木星0.98 AU（147,000,000公里）範圍內，然後在2061年8月20日經過金星0.0543 AU（8,120,000公里）範圍內。

2134年之回歸

哈雷彗星將於2134年3月27日抵達近日點[52][3]。2134年5月7日，哈雷彗星將經過地球附近，距離0.092 天文單位（13,800,000 公里）[53]。屆時視星等預計為-2.0等[51]。

相關流星雨

  • 獵戶座流星雨
  • 寶瓶座η流星雨

參考資料

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參考文章、書目

  • 《1680年的大彗星及約翰･佛萊始迪度》作者南政次，『天文通訊』第34巻207號（1986年）台北市立圓山天文台出版
  • 《哈雷彗星觀測手冊》王德昌等編著，紫金山天文台編輯，四川科學技術出版社1985年10月初版。書號：13298.58
  • 《天文考古錄》P.59─80，朱文鑫著，商務印書館1933年1月初版
  • 《International Halley Watch Amateur Observers' Manual for Scientific Comet Studies

, Sky Publishing Corporation（November 1, 1983）, ISBN 978-0-933346-40-6

外部連結

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