천문학

혜성은 주로 자신의 얼음 조성,그들은 일시적인 대기를 형성,태양에 접근 할 때 극적으로 밝게하는 원인이 차이 소행성과 다릅니다. 일부 초기 문화에서 이러한 소위”털이 많은 별”은 재앙의 징조로 간주되었습니다. 오늘,우리는 더 이상 혜성을 두려워하지만,열심히 좋은 하늘 쇼에 넣어 우리에게 충분히 가까이 오는 사람들을 기대합니다.

혜성의 출현

혜성은 상대적으로 작은 얼음 물질 덩어리(일반적으로 가로 질러 수 킬로미터)가 태양에 접근함에 따라 대기를 발생시킨다. 나중에 혜성의 본체에서 수백만 킬로미터 떨어진 곳에 매우 희미하고 모호한 꼬리가 생길 수 있습니다. 혜성은 초기부터 관찰되었다:혜성의 계정은 거의 모든 고대 문명의 역사에서 발견된다. 전형적인 혜성은,그러나,대신 달보다 다소 작고 여러 번 덜 화려한 빛의 다소 희미한,확산 지점의 모양을 가지고,우리의 하늘에서 장관하지 않습니다. (혜성은 인공 조명의 발명 전에 사람들에게 더 멋진 듯,이는 밤 하늘의 우리의 전망을 타협.

달과 행성처럼 혜성들은 별들 사이를 돌아다니며 밤마다 하늘에서의 위치를 천천히 이동한다. 그러나 행성과는 달리 대부분의 혜성은 예측할 수없는 시간에 나타나며,이는 아마도 이전 시대에 두려움과 미신에 자주 영감을 준 이유를 설명 할 수 있습니다. 혜성은 일반적으로 몇 달에 몇 주에서 변화 기간 동안 볼 수 남아 있습니다. 우리는 그들의 움직임을 논의한 후에 그들이 무엇으로 만들어졌으며 어떻게 보이는지에 대해 더 많이 말할 것입니다.

혜성의 정지영상은 밝은 유성이나 유성처럼 하늘을 가로질러 빠르게 움직이고 있다는 인상을 준다. 그러한 이미지 만 보면 혜성과 유성을 혼동하기 쉽습니다. 그러나 실제 하늘에서 볼 때,그들은 매우 다릅니다:유성은 우리의 대기에서 불타고 몇 초 안에 사라지는 반면,혜성은 하늘의 거의 같은 부분에서 몇 주 동안 볼 수 있습니다.

혜성 궤도

그림 1:핼리 혜성. 1986 년 칠레에서 큰 망원경으로 본 세 개의 이미지(빨간색 하나,녹색 하나,파란색 하나)의 합성 혜성 핼리를 보여줍니다. 세 개의 이미지가 순서대로 촬영 된 시간 동안,혜성은 별들 사이를 이동. 망원경은 혜성의 이미지를 일정하게 유지하기 위해 움직였으며,별들은 백그라운드에서 삼중(각 색에 한 번)으로 나타납니다. (신용:전자 연구소의 작업 수정)

태양계의 일원인 혜성에 대한 연구는 아이작 뉴턴의 시대로 거슬러 올라간다. 뉴턴의 동료 에드먼드 핼리(보다 에드먼드 핼리: 천문학의 르네상스 남자)는 이러한 아이디어를 개발했으며 1705 년에 그는 24 개의 혜성 궤도 계산을 발표했습니다. 특히 그는 1531 년,1607 년,1682 년에 나타난 밝은 혜성의 궤도가 너무 비슷해서 3 개가 같은 혜성이 될 수 있었고,근일점(태양에 가장 가까운 접근법)으로 평균 76 년 간격으로 돌아 왔다고 지적했다. 그렇다면,그는 개체가 다음에 대한 반환해야한다고 예측 1758. 비록 핼리 혜성 그가 예측 등장 하는 시간에 의해 사망 했다,그것은 주어진 이름 혜성 핼리(“밸리”와 운율)누가 먼저 우리 태양계의 영구 멤버로 인식 하는 천문학의 명예,태양 주위를 공전. 그것의 아펠리온(태양으로부터 가장 먼 지점)은 해왕성의 궤도 너머에있다.

우리는 역사적 기록을 통해 핼리 혜성이 기원전 239 년부터 태양 근처의 모든 통로에서 74 년에서 79 년 사이의 간격으로 실제로 관찰되고 기록되었다는 것을 알고 있습니다. 그것의 반환 기간은 거대한 행성의 끌어 당김에 의해 생성 된 궤도 변화 때문에 다소 다릅니다. 1910 년에 지구는 혜성의 꼬리에 의해 닦여 져서 많은 불필요한 대중의 관심을 불러 일으켰습니다. 혜성 핼리는 지난 1986 년에 우리의 하늘에 등장(그림 1),그것은 우리에게 그 메이크업에 대한 풍부한 정보를 준 여러 우주선에 의해 충족되었을 때;그것은 2061 년에 반환됩니다.

에드먼드 핼리:천문학의 르네상스 남자

그림 2:에드먼드 핼리(1656-1742). 누나는 과학에 다작 기여했다. 18 세기의 전환기에 혜성에 대한 그의 연구는 현재 그의 이름을 지닌 혜성의 궤도를 예측하는 데 도움이되었습니다.

에드먼드 핼리(그림 2),과학 및 통계의 많은 분야에서 기여를 한 뛰어난 천문학자,모든 계정에 의해 관대 한,따뜻한,나가는 사람이었다. 이,그는 그의 좋은 친구 아이작 뉴턴,누구의 위대한 작품,프린시피아(궤도와 중력을 참조)의 정반대,핼리 격려,편집,그리고 게시 지불 도왔다. 누나 자신은 20 세에 자신의 첫 번째 과학 논문을 발표,아직 대학에있는 동안. 그 결과,그는 세인트 헬레나(나폴레옹이 나중에 추방 될 아프리카 연안의 외딴 섬)로 가서 남쪽 하늘에 대한 첫 번째 망원경 조사를 할 수있는 왕실 위원회를 받았습니다. 귀국 후,그는 석사 학위의 동등 물을받은 영국의 권위있는 왕립 학회에 모두 22 세의 나이에 선출되었다.

혜성에 대한 그의 연구 외에도,핼리는 소위”고정 된”별들이 서로 상대적으로 움직이는 것을 인식하는 최초의 천문학 자였으며,프톨레마이오스가 고대 그리스 카탈로그를 출판 한 이후로 여러 밝은 별들이 그들의 위치를 변경했다는 것을 지적했습니다. 그는 무한한 우주의 가능성에 관한 논문을 썼고,어떤 별들은 가변적 일 수 있다고 제안했으며,성운의 성격과 크기(망원경에서 보이는 구름처럼 빛나는 구조)에 대해 논의했다. 세인트 헬레나에 있는 동안,핼리는 수성 행성이 태양의 얼굴을 가로지르는 것을 관찰했고,그러한 이동로가 태양계의 크기를 설정하는 데 어떻게 사용될 수 있는지에 대한 수학을 발전시켰다.

다른 분야에서 핼리는 인간의 기대 수명(생명 보험 통계의 선구자)의 첫 번째 테이블을 발표;몬순,무역풍,조수에 논문을 썼다(처음으로 영어 해협에서 조수를 차트);지구 자기장의 체계적인 연구의 기초를 마련;연구 증발과 어떻게 내륙 물 짠 될; 심지어 수중 다이빙 벨을 디자인했습니다. 그는 영국 외교관을 역임,오스트리아의 황제를 조언하고 영국의 주위에 러시아의 미래 황제를 쪼그리고(탐욕스럽게 논의,우리는 말된다,과학의 중요성과 지역 브랜디의 품질 모두).

1703 년,핼리는 옥스포드에서 기하학의 교수가되었고,1720 년,그는 영국 왕립 천문학으로 임명되었다. 그는 85 세의 나이로 사망 할 때까지 20 년 동안 지구와 하늘을 계속 관찰하고 그의 아이디어를 출판했습니다.

핼리 혜성처럼 인간의 용어로 측정 할 수있는 시간(1 세기보다 짧음)에 몇 개의 혜성 만이 돌아온다. 많은 단기간 혜성들은 거대한 행성들—대부분 목성-중 하나에 너무 가까이 옴으로써 그들의 궤도를 변화시켜왔다(따라서 그들은 때때로 목성-가족 혜성이라고 불린다). 대부분의 혜성은 오랜 기간을 가지고 그들이 전혀 반환하는 경우,반환 수천 년이 걸릴 것입니다. 이 장의 뒷부분에서 볼 수 있듯이,대부분의 목성-가족 혜성은 장기 혜성(약 1 세기 이상의 궤도 기간을 가진 혜성)과 다른 출처에서 왔습니다.

수천 개의 혜성에 대한 관측 기록이 존재한다. 우리는 최근 수십 년 동안 두 개의 밝은 혜성에 의해 방문되었습니다. 첫째,1996 년 3 월,매우 긴 꼬리를 가진 햐 쿠타 케 혜성이 왔습니다. 1 년 후 헤일-밥 혜성이 나타 났으며,가장 밝은 별처럼 밝았고 도시 지역에서도 몇 주 동안 볼 수있었습니다(이 장을 여는 이미지 참조).

표 1 에는 역사 또는 외모가 특별한 관심을 갖는 잘 알려진 혜성이 나열되어 있습니다.

혜성의 핵

우리가 활성 혜성을 볼 때,우리가 일반적으로 볼 수있는 것은 햇빛에 의해 조명 가스와 먼지의 일시적인 분위기입니다. 이 분위기를 혜성의 머리 또는 혼수 상태라고합니다. 그러한 작은 몸체들의 중력이 매우 약하기 때문에,대기는 항상 빠르게 빠져나가고 있다;그것은 어딘가에서 와야 하는 새로운 물질에 의해 보충되어야 한다. 소스는 일반적으로 그것을 둘러싼 훨씬 더 큰 대기에서 빛에 의해 숨겨진,단지 몇 킬로미터에 걸쳐,내부의 작은 고체 핵이다. 핵은 대기와 꼬리를 담당하는 고대 얼음 물질의 조각 인 실제 혜성입니다(그림 3).

그림 3:혜성의 일부. 이 도식 그림은 혜성의 주요 부분을 보여줍니다. 다른 구조는 확장 할 수 없습니다.

혜성의 물리 화학적 성질에 대한 현대 이론은 1950 년 하버드 천문학 자 프레드 휘플에 의해 처음 제안되었습니다. 위플이 연구하기 전에,많은 천문학자들은 혜성의 핵이 일종의 궤도를 도는”자갈 둑”인 고체의 느슨한 집합체일 수 있다고 생각했는데,위플은 핵이 물 얼음의 상당 부분(그러나 다른 얼음들도 포함)으로 구성된 몇 킬로미터를 가로지르는 단단한 물체라고 제안했다. 이 제안은”더러운 눈덩이”모델로 알려지게되었습니다.

그림 4:포획된 혜성 먼지. 이 입자(현미경을 통해 볼 수 있음)는 지구의 대기권에서 수집 된 혜성 먼지의 작은 조각이라고 믿어집니다. 그것은 대략 10 미크론,또는 밀리미터의 1/100,가로 건너서 측정합니다. (신용:미항공 우주국/일본 항공 우주국)

이 가열 될 때 물 증기 및 핵에서 탈출 다른 휘발성 물질은 혜성의 머리와 꼬리에서 검출 될 수있다,따라서,우리는 핵이 얼음으로 구성되어 어떤 원자와 분자 분석 스펙트럼을 사용할 수 있습니다. 그러나 우리는 얼음이 아닌 구성 요소에 대해 다소 덜 확신합니다. 우리는 지구 대기를 통과하여 살아남은 혜성에서 고체 물질의 조각을 확인한 적이 없습니다. 그러나 혜성에 접근 한 우주선은 먼지 탐지기를 운반했으며 일부 혜성 먼지는 심지어 지구로 돌아 왔습니다(그림 4 참조). 더러운 눈덩이에있는”먼지”의 대부분은 어둡고 원시적 인 탄화수소와 규산염이며,오히려 어둡고 원시적 인 소행성에 존재한다고 생각되는 물질과 같습니다.

혜성의 핵은 작고 어둡기 때문에 지구에서 연구하기가 어렵다. 그러나 우주선은 1986 년 3 개의 우주선이 가까운 거리에서 핼리 혜성을지나 휩쓸 렸을 때 혜성 핵을 직접 측정했습니다(그림 5 참조). 그 후 다른 우주선은 다른 혜성 근처에서 비행했습니다. 2005 년,미항공 우주국 딥 임팩트 우주선은 템펠 1 혜성의 핵과 함께 고속 임팩트를 위한 탐사선까지 탑재했다. 그러나 지금까지,혜성의 가장 생산적인 연구는 우리가 곧 논의 할 것이다 2015 년 로제타 임무에 의해왔다.

그림 5:핼리 혜성의 근접 촬영. 핼리 혜성의 검은 불규칙한 모양의 핵의이 역사적인 사진은 약 1000 킬로미터의 거리에서 에사 지오토 우주선에 의해 얻어졌다. 밝은 지역은 표면에서 도주하는 물자의 제트기 이다. 핵의 길이는 10 킬로미터이며,1 킬로미터만큼 작은 세부 사항을 만들 수 있습니다. (신용: 에서의 작업 수정)

혜성의 대기

우리가 혜성을 볼 수 있는 놀라운 활동은 햇빛에 의해 가열된 혜성 얼음의 증발에 기인한다. 혜성이 대부분의 시간을 보내는 소행성 벨트 너머,이 얼음은 단단하게 얼어 붙습니다. 그러나 혜성이 태양에 접근함에 따라,그것은 따뜻해지기 시작합니다. 물(물)이 지배적 인 얼음이라면,햇빛이 200 케이 이상의 표면을 가열함에 따라 상당한 양이 증발합니다. 증발하는 물은 차례로 얼음과 섞인 먼지를 방출합니다. 혜성의 핵이 너무 작기 때문에,그 중력은 가스나 먼지를 억제할 수 없으며,둘 다 초당 약 1 킬로미터의 속도로 우주로 흘러간다.

혜성은 태양에 접근하면서 에너지를 계속 흡수한다. 이 에너지의 큰 거래는 얼음의 증발로 간다,뿐만 아니라 표면을 가열로. 그러나,많은 혜성의 최근 관측에 따르면 증발 균일 하지 않습니다 그리고 가스의 대부분은 갑자기 분출,아마도 표면의 몇 가지 영역에 국한. 초당 약 1 킬로미터의 속도로 우주로 확장하면서 혜성의 대기는 거대한 크기에 도달 할 수 있습니다. 혜성의 머리의 직경은 종종 목성만큼 크며 때로는 백만 킬로미터의 직경에 접근 할 수 있습니다(그림 6).

그림 6:핼리 혜성의 머리. 여기서 우리는 1986 년 핼리 혜성의 머리 또는 혼수 상태를 구성하는 가스와 먼지의 구름을 봅니다. 이 규모에서 핵(구름 안에 숨겨져 있음)은 너무 작아서 볼 수없는 점이 될 것입니다. (신용:미항공 우주국/더블유 릴러에 의하여 일의 수정)

그림 7:혜성 궤도와 꼬리. 혜성이 근일점을 통과 할 때 전형적인 혜성 꼬리의 방향이 바뀝니다. 태양에 접근,꼬리는 들어오는 혜성 머리 뒤에 있지만,밖으로 방법에,꼬리는 머리 앞에.

대부분의 혜성은 또한 태양에 접근하면서 꼬리를 발달시킨다. 혜성의 꼬리는 머리를 구성하는 동일한 가스와 먼지로 구성된 대기의 확장입니다. 16 세기 초에 관측자들은 혜성의 꼬리가 항상 혜성의 궤도를 따라 돌아 가지 않고 태양으로부터 멀리 떨어져 있음을 깨달았습니다(그림 7). 뉴턴은 혜성 꼬리가 우리의 현대보기에 가까운 머리-아이디어에서 멀리 입자를 구동 햇빛의 반발력에 의해 형성되는 것을 제안했다.

꼬리를 구성하는 두 가지 구성 요소(먼지와 가스)는 다소 다르게 작용합니다. 꼬리의 가장 밝은 부분은 먼지 꼬리라고 불리며,이온화 된 가스로 만든 더 희미한 직선 꼬리와 구별하기 위해 이온 꼬리라고합니다. 이온 꼬리는 태양에 의해 방출되는 이온(하전 입자)의 흐름에 의해 바깥쪽으로 운반됩니다. 그림 8 에서 볼 수 있듯이,개별 먼지 입자가 혜성의 궤도를 따라 퍼지면서 더 부드러운 먼지 꼬리가 약간 구부러지는 반면,직선 이온은 우리 별의 하전 입자

그림 8:혜성 꼬리. 혜성이 태양에 가까워지면 그 특징이 더 눈에 띄게됩니다. 헤일-밥 혜성을 보여주는 나사에서이 그림에서,당신은 혜성의 두 꼬리를 볼 수 있습니다: 길이가 최대 1 천만 킬로미터 일 수있는 더 쉽게 볼 수있는 먼지 꼬리와 길이가 최대 수억 킬로미터 인 희미한 가스 꼬리(또는 이온 꼬리). 먼지 꼬리를 구성하는 곡물은 연기 입자의 크기입니다. 미르코스 혜성은 1957 년 팔로마 천문대에서 광야 망원경으로 촬영되었으며,또한 곧은 가스 꼬리와 구부러진 먼지 꼬리 사이의 명확한 구분을 보여준다. (신용:에 의해 작업 수정/이.슬라 윅;신용 비:찰스 쿤스에 의해 작업 수정,조지 오. 아벨,바이런 힐)

로제타 혜성 임무

1990 년대에 유럽의 과학자들은 들어오는 혜성과 궤도를 일치시키고 태양에 접근 할 때 그것을 따라갈 훨씬 더 야심 찬 임무를 설계하기로 결정했다. 그들은 또한 더 작은 우주선이 실제로 혜성에 착륙하려고 할 것이라고 제안했다. 2 톤의 주 우주선은 12 개의 과학 장비를 운반 한 로제타로 명명되었으며 9 개의 장비가 더있는 100 킬로그램 착륙선은 필레로 명명되었습니다.

로제타 미션은 2004 년에 시작되었습니다. 로켓 발사 지연으로 인해 원래 목표 혜성이 누락 되었기 때문에 대체 목적지가 선택되었습니다.추류 모프-게라시 멘코 혜성(두 발견 자의 이름을 따서 명명되었지만 일반적으로 67 피라고 표시됨). 이 혜성의 혁명 기간은 6.45 년으로 목성 가족 혜성입니다.

유럽 우주국은 미 항공우주국이 심층 우주 임무를 위해 사용하는 플루토늄 연료 원자력에 접근할 수 없었기 때문에,로제타는 특히 큰 태양광 패널을 필요로 하는 태양광 발전이 필요했다. 이것들조차도 혜성의 원활 근처에있는 67 피트와 궤도를 일치시키기 때문에 우주선을 계속 작동시키기에 충분하지 않았습니다. 유일한 해결책은 모든 우주선 시스템을 끄고 태양 에너지가 강해질 때까지 지구의 컨트롤러와 접촉하지 않고 태양을 향해 몇 년 동안 해안을시키는 것이 었습니다. 임무의 성공은 태양에 가까워 질 때 전원을 다시 켜기위한 자동 타이머에 달려있었습니다. 다행히도,이 전략은 효과가있었습니다.

2014 년 8 월,로제타는 혜성 핵에 대한 점진적인 접근을 시작했다.이 혜성은 핼리의 핵의 매끄러운 모습과는 완전히 다른(그러나 똑같이 어둡다)약 5 킬로미터에 걸쳐 이상하게 변한 물체 다. 회전 기간은 12 시간입니다. 2014 년 11 월 12 일 필레 착륙선이 떨어지면서 7 시간 동안 천천히 내려가 표면을 부드럽게 쳤습니다. 그것은 반송 및 압연,충전 된 배터리를 유지하기에 충분한 햇빛이 없었다 오버행 아래 휴식을 오는. 몇 시간 동안 작동하고 인공 위성에 다시 데이터를 전송 한 후,필레는 침묵 갔다. 그러나 주요 로제타 우주선은 혜성 활동 수준이 높아짐에 따라 표면에서 가스가 분출되는 증기선이 계속 작동했습니다. 혜성이 2015 년 9 월 근일점에 접근함에 따라 우주선은 안전을 보장하기 위해 물러났다.

로제타 이미지(및 다른 도구의 데이터)의 범위는 천문학 자들이 혜성에서 이전에 보았던 것을 훨씬 능가합니다. 최고의 이미징 해상도는 최고의 할리 이미지보다 거의 100 배 더 컸습니다. 이 규모에서 혜성은 날카로운 각도,깊은 구덩이 및 돌출부와 함께 놀라 울 정도로 거칠게 보입니다(그림 9).

67 피 핵의 이중엽 모양은 오래 전에 두 개의 독립적 인 혜성 핵의 충돌과 합병에 잠정적으로 기인 한 것이다. 우주선은 혜성의 어두운 표면이 황화물 및 철-니켈 입자와 혼합 된 유기 탄소가 풍부한 화합물로 덮여 있음을 확인했습니다. 이 단위의 리콜 물에는 1 의 밀도가 있습니다.)이 낮은 밀도는 혜성이 매우 다공성,즉 물질 사이에 많은 양의 빈 공간이 있음을 나타냅니다.

우리는 혜성 얼음의 증발이 산발적이고 작은 제트에만 국한된다는 것을 이미 알고 있었지만,혜성 67 피에서는 이것이 극단으로 옮겨졌다. 한 번에 표면의 99%이상이 비활성 상태입니다. 활성 통풍구는 가로 몇 미터에 불과하며 재료는 단 몇 분 동안 지속되는 좁은 제트기에 국한되어 있습니다(그림 10). 활동 수준은 태양열 난방에 크게 의존하며 2015 년 7 월과 8 월 사이에 10 배 증가했습니다. 혜성에 의해 분출된 물 중수소의 동위 원소 분석은 지구에서 발견된 물과는 다르다는 것을 보여준다. 따라서 67 피와 같은 혜성은 일부 과학자들이 생각한 것처럼 우리 해양의 기원이나 우리 몸의 물에는 기여하지 않았다.패널(에이),왼쪽,핵의 일부는 왼쪽 아래에 볼 수 있습니다. 핵의 가장자리를 따라 공간의 한밤중에 대해 희미한 깃발을 볼 수 있습니다. 패널(비),센터,희미한 깃발은 강한에 의해 대체되었습니다,오른쪽 상단까지 연장 밝은 제트. 패널(기음),오른쪽,중앙에 전체 핵을 보여줍니다,제트와 재료의 희미한 스트림에 둘러싸여.(가)이 활동은 근일점 근처의 로제타 우주선에 의해 촬영되었다. 당신은 갑자기 나타나는 제트기를 볼 수 있습니다;그것은 단지 몇 분 동안 활성화되었다. 근일점 근처에서 찍은 이 멋진 사진은 여러 개의 가스와 먼지로 둘러싸인 활성 혜성을 보여줍니다. (신용 에이,비:이사/로제타/의원에 의해 작품의 수정;신용 씨: 2018 년 10 월 15 일(토)~2018 년 10 월 15 일(일))

용어

혜성:태양에 대해 회전 얼음과 먼지가 물질의 작은 몸;혜성이 태양 근처에 올 때,그 물질의 일부는 얇은 가스의 큰 머리와 종종 꼬리를 형성,증발

(혜성의)핵:혜성의 머리에 얼음과 먼지의 고체 덩어리

꼬리: (혜성의)두 부분으로 구성된 꼬리:먼지 꼬리는 혜성에서 얼음의 승화에 의해 느슨해 진 먼지로 만들어져 태양으로부터 광자에 의해 곡선 스트림으로 밀려납니다.이온 꼬리는 혜성에서 증발 한 다음 태양풍에 의해 태양으로부터 휩쓸 렸던 이온화 된 입자의 흐름입니다