主讲人简介：
赵玉晖，中国科学院紫金山天文台研究员，硕士生导师。本科毕业于南京大学天文系，博士毕业于南京大学天文与空间科学学院，主要研究领域为太阳系小天体、彗星科学和深空探测轨道力学，参与了我国探月三期、载人登月和火星探测任务的论证工作，以及嫦娥二号飞越Toutatis小行星任务的实施，在小天体形成与演化及彗星科学等研究领域取得了一系列重要的研究成果，在Nature Astronomy, MNRAS, ApJL等期刊发表论文40余篇，主持国家基金委多个项目。
2020年，一颗绚丽的大彗星—新智彗星（C/2020 F3 (NEOWISE)）划过北半球夏季的星空（图1）。这颗彗星拖着壮观的彗尾，是二十一世纪以来北半球最具观赏性的彗星，也成为当时全球天文观测者关注的焦点。上一次如此壮观的彗星景象，还要追溯到1997年海尔波普彗星的回归。
图1 2020年7月24日于中国科学院紫金山天文台盱眙观测站拍摄的新智彗星
（徐智坚、陈向阳）
自古以来，仰望星空的人类对彗星这一特殊的天文现象表示了高度关注，对于彗星最早的观测可以追溯到2600多年前。公元前200年人们就开始对于彗星进行形象的描述。十七世纪左右，西方开始利用地面望远镜对彗星开展观测，而二十世纪80年代以来，人类已经先后发射了多个空间探测任务对彗星进行近距离的探测。
厄运的象征
世界上关于彗星最古老的记载在古代中国。《淮南子·兵略训》中记录了公元前1057年的一次彗星，很可能就是著名的哈雷彗星。目前，世界公认最早的关于哈雷彗星的记录，是公元前240年《史记·秦始皇本纪》里所记载的：“彗星光出东方，见北方，五月见西方……彗星复见西方十六日”（图2）。此外，马王堆汉朝墓中出土了一幅画记录了29种彗星。我国彗星记载的精度和完备性直到十五世纪才逐渐被西方国家所超越。
图2 公元前240年《史记》中对哈雷彗星的记载
“鲸鱼死而彗星出”在古代中国，彗星被认为是灾难来临的象征，被称为“扫把星”。在西方，彗星也被认为是上帝愤怒的标志，它不仅象征着地震、饥荒、瘟疫和洪水等灾害的来临，也可能预示着战争、帝王的驾崩和王朝的颠覆。西方也有着丰富的彗星观测记载，其中描绘诺曼征服前后相关事件的贝叶壁毯是关于哈雷彗星最著名的历史记载之一（图3）。这是幅以亚麻布为底的绒尼刺绣连环画，其中一部分表现了1066年哈雷彗星回归时英国的哈罗德二世国王不安的场面，彗星的出现似乎预示了他即将在哈斯廷斯战役中被征服者威廉击败，从而失去君主的宝座。
图3 贝叶壁毯描述了哈雷彗星在1066年的回归
意大利画家乔托将1301年哈雷彗星回归的情景描绘到了《三王朝拜图》中（图4）。这个作品描绘了耶稣基督降生之时，来自东方的三位贤者追随星的轨迹前来朝拜的景象。画中的彗星有了神圣的寓意，在古代对于彗星的记录中十分罕见。欧空局在上世纪80年代发射的哈雷彗星探测器也由此被命名为乔托号。
图4 意大利画家乔托把对哈雷彗星的观测记录到其作品《三王朝拜图》中
科学的认知
古希腊的科学家亚里士多德早在公元前360年就提出彗星的出现是一种自然现象—地球释放的物质上升到了高层大气层并被地球运行所在球面的运动所点燃。像风、潮汐和地震等恐怖的自然现象的背后都有着同样的气象学成因。
1800多年以后，丹麦天文学家第谷在他的著作中分析了1577年大彗星的外观及它到地球的距离，并断定这颗彗星已进入了遥远的行星所环绕的太空，它不是地球大气层的一种现象，而是一颗地外天体。
又过了100多年，爱德蒙·哈雷在1705年通过牛顿的万有引力理论成功预测了哈雷彗星在1758的回归，这是对牛顿运动定律的完美证明。人类认识到彗星来自遥远的地方，是像地球和其他行星那样轨道绕太阳转的一类天体。
19世纪50年代，美国天文学家惠普尔提出,彗星的彗核是主要由水冰构成的“雪球”,它还夹杂着许多其他尘埃和气体，直径有几公里大小。当这个脏雪球来到离太阳近的地方，温度升高导致水冰升华和尘埃运动，形成几百几千公里的彗发和千万公里的彗尾，就是我们观测到的彗星。
图5 天文学家惠普尔博士和他提出的“脏雪球”模型
太阳系的时间胶囊
如今，通过大量的天文观测、理论和实验室分析以及数值计算，人们认识到彗星是从遥远的柯伊伯带和奥尔特云来的一类具有挥发性成分的小天体。它们形成并长期演化在遥远的外太阳系，轨道受到扰动后发生改变，来到了距离太阳较近的地方。
作为太阳系形成初期遗留的原始星子，彗星经历了较少的太阳辐射的侵蚀，完好的保留着太阳系早期的物质和信息，储存了丰富的如CO、CH4等原始的易挥发性气体，是太阳系的时间胶囊，具有重要的科学研究价值。可以为我们探索太阳系早期起源和演化的历史提供宝贵的信息。
近距离探测
一般而言，在靠近太阳的时候，彗星有两条明显的彗尾，一条是被气体升华带离彗核的尘埃颗粒在太阳辐射等作用下形成的尘埃尾，还有一条是彗发中的带电离子在太阳风的作用下形成的离子尾，离子尾永远沿太阳光入射的方向延伸。对彗星的地面观测往往只能看到彗星的彗发和彗尾，而被气体和尘埃包裹着的彗核，我们能获取的信息十分有限。
为了更深入和准确地了解彗星尤其是彗核的特性，从上世纪80年代以来，人类一共发射了11个探测器探测了8颗彗星，并获得了6颗彗星的彗核形状。1986年，哈雷彗星上次回归，欧空局、日本和苏联派出了多个探测器对它进行了探测。其中欧空局的乔托号探测器在距离彗星600km的地方，捕捉到了哈雷彗星的彗核形状和彗发结构的图像，这是人类第一次观测到彗星的固体部分—彗核（图6）。
图6 欧空局乔托号探测器捕捉到的哈雷彗星图像（图片来源ESA）
足足等待十五年后，NASA的Deep Space任务在2001年对彗星19P/Borrelly进行了飞越探测，清晰的捕捉到了其酷似保龄球的奇特彗核形状以及彗核表面不同的地貌结构。2004年，NASA的星尘号探测器对彗星81P/Wild 2进行了探测，对它彗发中的尘埃等粒子进行了采集送回地球。NASA的深度撞击探测器在2005年和2010年先后对彗星9P/Tempel 1和103P/Harley2进行了飞越探测，它先是释放了撞击器对Tempel 1的彗核进行了撞击并记录了撞击过程，又对Harley 2的彗核结构和彗发中水、二氧化碳及尘埃的分布进行了观测。
在对彗星的多次近距离探测后，科学家发现，比起脏雪球，彗星的彗核有更加复杂的物质成分：它更可能是一个以尘埃等矿物质为主，夹杂着一些挥发性冰（如水冰）的物体。
2004年，具有里程碑意义的彗星探测任务—欧空局的罗塞塔任务正式起航，去往木星族彗星67P/C-G。这是人类历史上唯一对彗星进行伴飞探测的任务。 2014年，罗塞塔探测器在经历了10年的星际飞行之后，到达了彗星67P，并陪伴这颗彗星经历了轨道的近日点，对它进行了为期两年的探测，不仅对这颗彗星奇特的形状和丰富的地貌进行了细致的探测，也在彗星的彗发中探测到了几十种分子成分（图7），其中包括首次在彗星上探测到氧气和组成地球生命的重要有机成分甘氨酸。
图7 欧空局罗塞塔探测器搭载的质谱仪（ROSINA）在彗星67P/C-G彗发中探测到的分子成分 (图片来源：ESA)
空间的近距离的探测帮助我们回答了关于彗星的很多谜题，同时也发现了更多未知的问题，需要我们在后续的任务中寻找答案。目前，欧空局探测长周期彗星的彗星拦截者任务已经立项，我国小行星和主带彗星探测任务也在积极准备中，希望未来这些任务的探测结果可以帮助我们对太阳系的形成，地球上水的来源和生命的起源这些重要的科学问题有更进一步的认知。
