彗星彗核的自转有哪些特点?

哈雷应用牛顿的引力定律计算彗星的轨道取得了卓著的成效,开辟了计算彗星轨道。但不久,新的问题又发生了。最先是由于研究恩克彗星的轨道出现了难题。恩克彗星是 1786 年 月 17 日在宝瓶座 星附近发现的,由于天空有云而失去了观测的机会,未能定出它的轨道。它在 1795 年 11 月 、 和 1805 年 10 月 19 日又出现了。在 1818 年 11 月 26 日出现那次,德国天文学家恩克用了 个星期的时间算出了它的轨道,得出它的周期是 年零 106 天,确定它和 1786 、 1795 、 1805 年出现的是同 颗彗星,并预言它在 1822 年 月 24 日应再次经过近日点,果然,它准时回来了。后来就将这颗彗星叫做“恩克彗星”。这是继哈雷之后,第 颗预言重现的彗星。恩克研究了这颗彗星的轨道,发现了它的周期在不断变短,每次回归的周期要比上一次约短 2.5 小时,即轨道在逐渐变小。下面是恩克发表的一张表,在消除了大行星摄动后,说明了它的周期变化情况。

这是为什么呢?曾有人认为,在空间中存在某种阻尼介质,影响彗星运行,使周期缩短。但后来又发现这种说法也不对。因在 1868 年发现恩克彗星周期的缩短变慢了,减少了一半,到现在每个周期只减少几分钟。这又是为什么呢?不仅如此,后来还发现有的彗星的周期不是缩短而是加长。侨居在英国的华侨天文学家江涛于 1972 年得出,哈雷彗星的周期每周加长约 天。当然,也有彗星的周期变化显现不出来。这种现象牛顿的力学定律是不能解释的,因此称这种现象为“非引力效应”。

“非引力效应”是在 1836 年由白塞尔提出来的,但当时并未得到多数人的重视。白塞尔认为,非引力效应是由于彗核抛出的物质的反冲力作用的结果。类似现在的火箭,所以现在也称它为“火箭效应”。

惠普尔就是根据“非引力效应”提出彗核的“脏雪球模型”这一理论的,这理论对彗星轨道周期的变化能作出很好的解释。现分两种情况来谈:

假定彗星是绕太阳公转时,彗核是没有自转的,被太阳照射的那一面的冰雪受蒸发,形成一股气流,对彗核产生一股反喷力,力的方向在太阳和彗核之间的连线上,这个力应使彗星的轨道变得稍微大一点。但实际上轨道的改变是相当小的;小到不能觉察出来。

如果彗核有自转,且假定彗星绕太阳公转是逆时针的,自转也是逆时针的,则蒸发气体的喷力应在彗星“日”的“午后”达到高峰。喷力的方向与太阳和彗核的连线夹一个角度,喷力将把彗核的动能减去一点,会使轨道平稳地缩短,因而彗星的周期也要缩短。如果彗星公转和自转方向都是顺时针的,或者说是同向的。喷力会使轨道扩大,周期加长。

恩克彗星以前周期的缩短是每个周期约短 2.5 小时,现在是每个周期缩短几分钟,这也非引力效应造成的。因为彗核不是正球体,蒸发气流的喷力作用在彗核上,并不通过彗核的中心,使自转的空间指向发生改变。据惠普尔等人的计算,恩克彗星彗核自转轴的空间指向在 191 年中改变了 100 °以上,并指出它在 1990 年时,周期将不再减小,随后周期将增大,即它的自转轴方向的改变会使自转的方向和公转方向同向。

现在已经对几十颗彗星作了研究,结果表明近抛物线轨道彗星、长周期彗星和短周期彗星都存在非引力效应。这也等于说明了彗核都有自转。

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