本期对谈成员：
觅空
北京大学天体物理学博士
国家天文台脉冲星、快速射电暴领域博士后
阿鲸
《循环往复》播客节目制作者
2024 年 10 月 10 日，C/2023 A3 紫金山-ATLAS 彗星的尾部跨越了太阳和日光层天文台 （SOHO） 的视野/欧洲航天局/美国宇航局
最近几年，太阳爆发进入活跃期。今年五月份，地球较低纬度地区可以看到极光的新闻破圈，大家开始纷纷加入追寻宇宙浪漫的观测行列。最近号称6万年才能看到一次的紫金山彗星，又引起了天文爱好者极大的兴趣。本期节目我邀请了北京大学天体物理博士、国家天文台脉冲星、快速射电暴领域博士后，觅空老师来跟大家一起聊一聊关于彗星、脉冲星的科普，也分享一下我在北京去追极光和观测彗星的经历。同时也聊到一些星空观测小白的入门指南以及望远镜设备分享，还有彗星撞木星、彗星凌日等天象奇观~
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部分剧透——音频时间轴
由国际空间站拍摄的 C/2023 A3 彗星（紫金山-阿特拉斯）
01
彗星的结构与分类
00:01:54
“蔧”是古代用来做扫帚的一种草。古人观测到彗星来临时后面拖着长尾巴像扫把一样，所以把它命名为彗星。彗星最亮的部分称为慧核，是水、氨、甲烷等冻结的冰块和夹杂许多固体尘埃粒子的混合物，也叫“脏雪球”。彗核密度较小仅有水的一半左右，质量不大，约1000亿吨到1亿亿吨。彗核的直径在十几公里或几十公里之间，经过地球靠近太阳时会被太阳晒化，致使里面的物质喷出
罗塞塔任务的菲莱着陆器于 2014 年 11 月着陆在这颗彗星上着陆
有的彗星在慧核外面包围了一层球形慧云，直径大概几十万公里。彗星有两条尾巴，一条偏黄色呈弯曲状叫尘埃尾巴，由彗星表面的喷射物质组成。其尘土物质散射太阳光，看起来就是黄色的。这条尾巴可能有几千万公里
另一条尾巴叫离子尾，是太阳风吹过彗星时，把喷射物质电离后发出的光，呈现蓝紫色。因为太阳风的速度非常快，所以这条蓝色的尾巴几乎是笔直的指向太阳的，可以达到上亿公里的长度
1997 年 4 月经过近日点后不久。彗星 Hale-Bopp 被认为来自奥尔特云，是几十年来看到的最亮的彗星之一
00:05:37
彗星一般根据轨道运动周期和起源来分类。轨道运动周期小于二百年叫短轨道周期，像哈雷彗星 76 年回归一次。轨道周期大于二百年叫长轨道周期，大部分彗星都是长轨道周期。这颗紫金山阿特拉斯彗星的轨道周期有6万年可能还会更长，因为它时刻在变化。它的质量比较小，经过木星、土星会被扰动，轨道就发生了变化
短轨道周期的彗星来自更近的地方，一般来自于太阳系边缘、冥王星以外的柯伊伯带，离太阳几十亿公里。轨道周期6万年的紫金山阿特拉斯彗星，它最远时离太阳大概9万个天文单位，一个天文单位是 1.5 亿公里，就是算下来就是十几万亿公里
短轨道或长轨道都属于周期彗星，它们的轨道是椭圆形可以来回转。还有的彗星是抛物线，只经过太阳系一次就跑了，再也不会回来。还有双曲线形态，它也是没有回头路，只经过太阳系一次。还有的轨道周期几十万年甚至上百万年的，目前还没有观测到
三张近地小行星 2003 SD220 的雷达图像是在 12 月 15 日至 17 日通过协调观测获得的，这些图像是与美国宇航局在加利福尼亚州戈德斯通深空通信综合体的 230 英尺（70 米）天线和美国国家科学基金会 （NSF） 位于西弗吉尼亚州的 330 英尺（100 米）格林班克望远镜协调观测而获得的
02 彗星与小行星的区别
00:07:28
小行星跟地球上的岩石密度一样大，像石头一样坚硬。而彗星一般密度很小和水差不多。从目前的观测资料上来说彗星一般都疏松多孔，是一个虚胖的天体。从起源上也不太一样，小行星绝大多数来自火星和木星之间的小行星带。彗星基本上来自于柯伊伯带甚至更远的位于太阳系边缘的奥尔特云
位于太阳系边缘的柯伊伯带示意图
距离太阳系比柯伊伯带更远的奥尔特星云示意图
从分布上来说木星和火星之间的小行星轨道是平的，就是一个平面。像奥尔特云的彗星，基本上是球形分布各个方向都有会乱窜，一不小心就被海王星或是太阳系边缘的天王星这种大行星引力扰动轨迹发生变化，朝太阳系狂奔而去，这时就成了彗星。大部分彗星的命运可能会一头栽到太阳里边，或者撞到木星上。有少数幸存的彗星会完整的走完轨道，被我们看见
00:09:35
此刻录制时，C/2023 A3 紫金山-ATLAS 彗星正从我们的头顶飞过！
00:10:49
紫金山阿特拉斯彗星的观测指南
觅空老师在10月1日凌晨，香山法海寺拍到的C/2023 A3 紫金山-ATLAS 彗星与中国尊合影
03 观测窗口期与亮度星等变化
00:11:03
九月底十月初第一个窗口期是它在逐渐靠近太阳，会越来越亮甚至会突然爆发性的增亮。第二个窗口期大概是10月10-19日之间是彗星经过近日点之后，慢慢向地球靠近来到近地点，整体来说现在亮度在增加， 10 月 9 号有人已经观测到- 4 等的亮度，相当于金星的亮度
第二个观测窗口会更利于观测，虽然亮度在降但离太阳的角距增大，10月15号一直到月底都可以尝试观测。星等数字越小越亮，金星是- 5 等，城市里看到的木星是- 2.5 等或 0 等。太阳白天是- 26 等非常亮，满月大概是- 13 等。太阳的亮度是满月亮度的100 万倍。0等星的亮度是5等星的100 倍，是10等星的 10000 倍
11 世纪贝叶挂毯的场景，展示了黑斯廷斯战役的场景，天空中有一颗彗星
中国对彗星的记载从春秋战国开始，欧洲的记载晚于中国几百年。1682 年。哈雷和他的朋友牛顿，利用万有引力定律算出了哈雷彗星76年的轨道周期。下次哈雷彗星回归是2061年-2062年
04
1994年彗星与木星相撞00:18:14
1994 年 7 月份发现舒梅克-利维 9 号彗星，这颗彗星被木星引力捕获绕木星转了两年，在离木星非常近的轨道运行时被木星的潮汐力撕裂分成 21 块，这 21 块彗星碎片排成一字长蛇阵开始一个接一个撞击木星
21颗彗星碎片依次撞向木星
这是一张合成照片，由木星和彗星 Shoemaker-Levy 9 的单独图像组装而成，由 NASA/ESA 哈勃太空望远镜于 1994 年拍摄
这些碎块直径从几百米到几公里不等，撞击完爆炸的蘑菇云达到几万公的高度，撞击坑能放好几个地球。这场撞击也被人类记录并直播。这是真实发生在眼前的巨大震撼，如果是撞击地球的话，地球上的所有生物都会经历一次大灭绝。从此后人类就变得非常关心地球附近的小天体，建立了很多观测系统。最近的这颗紫金山阿特拉斯彗星命名就代表了两个观测机构，也是监测大概率撞击地球的警告系统
目前正在太阳系周围的小行星、彗星的跟踪预测轨迹图
美国宇航局/喷气推进实验室-加州理工学院
05
百年来最亮的海尔波普彗星与彗星凌日奇观1997年，埃及吉萨金字塔上方的海尔-波普彗星，伴着一轮明月和金牛座的星星，以及昴宿星团和英仙座。（图片来源：John Goldsmith/ESA）00:19:32
1997年出现了一颗近百年来最亮的彗星，叫海尔波普彗星。它稳定的维持-1等左右的亮度，基本上在城市里肉眼可见。两个尾巴尘埃尾和离子尾像手电筒一样，持续好久。它的彗核大概有五六十公里非常大，反射的阳光多所以亮度高，但轨道周期很长，大概 2, 000 年回归一次，所以那次错过我们以后都看不到了
1997年3月9日，彗星与日全食同现苍穹
同一年还有一个非常重要的天文现象，就是和海尔波普彗星同现天空的中国东北日全食，可以看到日全食发生时彗星在太阳旁边，这个非常难得一见的景象
06
在北京近郊追极光和彗星的经历00:24:56
5 月12日得知太阳地磁暴极大值爆发中国北方境内可观测的消息，当天下午三点在小红书组队摇人，傍晚一行四人租车从北京出发开往乌兰察布。晚上11点多到达乌兰察布火山地质公园，等待极光。半夜出现银河，但极光肉眼几乎不可见，相机捕捉到一些光晕。第二天凌晨四点半看到火山日出，上午十点半赶到北京办公室继续上班，极限出发的追光之旅
虽然没看到极光，但看到银河和火山日出也很开心/阿鲸 图
乌兰察布火山 阿鲸/图
9月30号晚上得知紫金山阿特拉斯彗星的消息，10月1日下午在小红书组队摇人，后来报了10月2号晚上出发去门头沟观测的观星团。当晚使用星特朗 8SE 巡天望远镜肉眼目视观测到土星环、火星条纹、仙女座星云、昴宿星团、半夜两点观测到猎户座大星云，凌晨四点半去山顶等待紫金山阿特拉斯彗星
在北京门头沟山顶等待C/2023 A3 紫金山-ATLAS 彗星/阿鲸 图
00:28:35
观星小白的入门指南以及望远镜推荐
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蟹状星云的脉冲星风 | 图源：NASA
07
脉冲星的射电观测以及观测价值00:31:33
简单来说脉冲星就是一个快速旋转的中子星，太阳在50 亿年前诞生，现在是青年时期，再活 50 亿年寿命就要终结会发生爆炸变成白矮星。像参宿四那种大质量恒星死亡可能会变成中子星。中子星的直径一般有 20 公里，但质量比太阳还要重
CP 1919信号的示意图。图片来自网络
中子星可以一秒转一次，甚至一秒转几百次。目前发现最快的中子星一秒可以转716 次。如果地球一个半小时转一圈，那地球就会瓦解，所有的东西都会飘向太空。但中子星因为非常坚硬，所以这么快速的旋转都不会解体。而这种旋转的中子星南北两极会发出极光一样的光束，但是无线电光，肉眼不可见，每转一圈光柱就会扫过地球一次
新发现的辐射源位于距离地球15000光年的盾牌座。（图/ICRAR）
脉冲星的发现相当重要，直接刷新了我们对宇宙的认知，人类从来没有想到天上会有这么快的星星闪烁。它密度如此高，以至于无法得知它由什么物质组成，也没法靠近去探测，只能通过射电网观测它的脉冲来进行研究
00:37:29
贵州天眼 500 米口径的 Fast 就是观测脉冲星的利器。脉冲星数量很少，整个银河系只有三四千颗。产生它需要非常巨大的能量，需要超新星爆发，而超新星爆发在银河系100年才会有一次
可以利用脉冲星计时阵列，来探测背景引力波，也可以在宇宙空间尺度使用脉冲星来进行定位。由于它转的非常稳，可以用来校准地球上的原子钟。地球上现在用的世界时是由原子钟发出，但更精密的仪器要用到更精密的时间，脉冲星可以参与校准提高地球上原子钟的精度
脉冲星发现者 Jocelyn Bell Burnell，图片来源 Beyond Curie
70年代NASA发射的旅行者 2 号带了一张金属唱片，这张唱片记录了地球上的鸟叫声、溪流声、人声等各种语言声、文字声，还有一些视频，希望有一天被外星人截获，等外星人破解来找我们友好合作。如果外星人破解后怎么找到我们地球呢？那张金属唱片上就记录了 14 颗脉冲星的位置，外星人可以用它们定位导航，找到地球（地球位置已被暴露，害怕……）
08
研究中子星会跟研究黑洞有关系吗？00: 39:47
黑洞是广义相对论预言的一个理想天体。我们已经拍到超大质量黑洞，但那不是通过恒星死亡产生的恒星级质量黑洞。银河系中心有个黑洞， 是400 万倍太阳质量。 M87 离我们非常远，大概是更大的黑洞。我们不知道这些超大质量黑洞是如何形成的，事件视界望远镜曾经拍到过两张，一张是M87 一张是银河系的，说明这种概念的天体是存在的，并且也获得了诺贝尔奖。但诺贝尔奖的颁奖词说的是致密的黑暗天体，没有直接明说是黑洞，所以和我们常规理解的黑洞或许是不一样的
旋转且带电黑洞的光线追踪阴影 图片来源：Simon Tyran, CC BY-SA 4.0
霍金的时间简史或者其他一些纪录片、电影里提到的虫洞、白洞、黑洞等概念，只有黑洞这个概念还是在天体物理学上有对应的研究，但都聚焦在超大质量黑洞的研究上。像恒星级质量的黑洞，一是看不见，二是它太完美了。一般质量、角动量、电荷这三个物理量就可以确定黑洞的行为，所以目前研究的意义不大
而中子星不同，它有丰富的物理现象。2017 年探测到两个中子星并合释放了引力波，释放出了大量黄金。大家都很开心，原来地球上有好大一部分黄金是来自于双中子星并合，因为地球上的黄金储量本来也不多，也比较难开采，就算恒星里面也很难合成，所以双中子星并合是解释了一部分黄金的来源
00:43:40
黑洞里面什么样大家都不知道，只能猜也各有各的说法。有一些概念非常吸引人，比如你掉到黑洞里，外面的人看你是永远掉不进去的，但是你进去了，你会一直往中心的奇点撞去。这是没有回头路的，因为在黑洞外我们可以上下左右进行空间上的自由移动，但没法在时间上移动。但进到黑洞就反过来了，空间上没有办法上下左右移动，只能朝奇点走，但你在时间上是可以回溯的，可以在时间上随意移动
地球只是阳光里的一粒微尘
（1990年2月14日距地球64亿千米的旅行者1号拍的照片）
希望大家忙于生活的时候也不要忘记抬头看看星空，保持一些对未知的好奇~
配图来源
图源：NASA 、觅空、阿鲸、网络
片头片尾音乐
Alan Silvestri – The Staggering Immensity of Time
Alan Silvestri – Chance Nature of Existence
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阿鲸
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