ISON彗星的生与死

宿命的终结

如同每一颗大彗星一样，C/2012 S1——更广为人知的是ISON彗星——正在走向死亡。可以说，它消亡的故事始于14个月前，当时俄罗斯基斯洛沃茨克附近的两位观测者，在扫描巨蟹座和双子座附近的夜空时，偶然发现了一个模糊暗淡的物体。那个模糊的光点就是ISON彗星的外层，在加速奔向太阳的温暖时，正在解体和散逸。

你也可以把彗星的陨落追溯到几百万年前一个决定性的事件。那时，它还是一块由冰、尘埃和冻结气体组成的惰性物体，在太阳系最外层区域几乎静止地漂浮着，比冥王星还要遥远一千倍。随后，一些未知的扰动，或许是一颗路过恒星的轻推，使彗星脱离了静止状态，并使其开始了自我毁灭式的向阳坠落。

或者你可以说，ISON彗星的终结早在45.6亿年前就已注定，那时它与万亿颗同类彗星一起在太阳系诞生时形成。其中一些彗星与初生的行星相撞；在地球上，它们帮助建立了大气层并填满了海洋。但有些彗星被抛向遥远的冷藏区。从这个意义上说，ISON彗星的向阳之旅，是一次漫长流放后的归家。

无论故事从何时开始，我们都确切知道它何时会达到高潮：美国东部时间2013年11月28日下午1:41，届时这颗冰封的ISON彗星将到达近日点——最接近太阳的点——距离太阳表面不足75万英里（120万公里）。在那里，ISON彗星将在超过2000摄氏度（比3600华氏度还热）的高温下烘烤，其冰冻的表面将一层层地汽化。在此过程中，它将为我们提供第一手的资料，了解地球和其他行星在太阳系形成时所用的原始物质。

也许彗星的一部分会完好无损地保留下来；也许它会完全解体并散开。无论哪种方式，ISON彗星的公开解体都将是值得庆祝而非哀悼的。“ISON彗星是一个极其罕见的物体，”约翰·霍普金斯大学的凯里·利斯说，他正在协调一项国际观测活动。“这不仅仅是夸张。我们将在它身上大做文章。而且我们会学到很多。”

发现之日

几乎在俄罗斯北高加索一个乌云密布的秋夜发现这颗彗星后，维塔利·涅夫斯基和阿尔乔姆·诺维乔诺克就意识到它非同寻常。2012年9月21日，他们正在进行一项例行的天空观测，作为国际科学光学网络（ISON）项目的一部分，该项目通常追踪岩石小行星和空间碎片。图像中的这团模糊既不是岩石小行星也不是空间碎片。“我的心跳漏了一拍。这真的是一颗彗星吗？”涅夫斯基用他蹩脚的英语潦草地写道。

当两位观测者计算出该物体的轨道时，他们的兴奋之情更甚。这颗新命名的ISON彗星几乎直接冲向太阳，属于天文学家形象地称之为“掠日彗星”的那一类大胆天体。寒冷的彗星又小又不引人注目，但当它们受热时，蒸发出来的冰和尘埃会捕捉到阳光，形成一个圆形的光团（彗星的头部，即彗发）和长长的流光（彗尾）。这正是彗星如此美丽壮观的原因。

涅夫斯基和诺维乔诺克意识到，由于其伊卡洛斯式的轨迹，ISON彗星将上演一场极限表演，在强烈的光照下疯狂地汽化。“彗星最亮时亮度可以达到满月，”涅夫斯基在9月25日彗星正式公布后在他的笔记中评论道。如果真是这样，ISON彗星将成为自1910年大年初彗星在白天可见以来最亮眼的彗星。即使是最新、不那么乐观的预测也表明，ISON彗星在双筒望远镜中将非常美丽。

对于普通的观星者来说，一颗明亮的掠日彗星意味着一场愉悦的奇观。对于像利斯这样的研究人员来说，它提供了一个难得的机会，可以精确地了解彗星的构造：通过将彗星的光通过检测波长的光谱仪，他们可以识别出存在的各种化学成分的视觉指纹。通过估算每种成分的含量，他们可以了解到彗星形成的位置和方式。

“我把彗星看作太阳系形成时期的恐龙骨骼。如果我们能打开一颗彗星，我们就能了解导致行星和我们形成的初始条件，”利斯说。

不需要想办法打开彗星；太阳辐射已经在做这项工作了。“ISON彗星会靠得足够近，以至于太阳不仅会蒸发掉彗星所有的冰质部分；它还会蒸发掉岩石。这将使我们有机会真正地计数气体和尘埃中的原子。”

剧情发展

在俄罗斯发现之后不久，其他研究人员便追溯了ISON彗星的轨道，以确定其起源点。他们发现了一条通往太阳的路径，它与大多数彗星的圆形或椭圆形轨道截然不同。相反，ISON彗星的轨迹更像是一条直线。它的旅程始于奥尔特云，那是一个巨大的惰性彗星群，从太阳系边缘延伸到距离下一颗恒星的几乎一半路程。

突然间，故事变得更加有趣了。

天文学家研究的大多数彗星都曾多次进入太阳系炽热的内部区域，因为它们围绕太阳运行。结果，它们已经被“烹煮”、蒸发和侵蚀，以至于失去了大部分原始特征。而ISON彗星似乎是首次从奥尔特云进入太阳系。进一步借用利斯的比喻，ISON彗星不仅仅是一堆恐龙骨骼。它更像恐龙本身。

ISON彗星的漫长轨道给了天文学家另一个宝贵的礼物：准备的机会。大多数掠日彗星都是在它们快速掠过太阳前几个小时才被发现的粗糙天体。这对于大型天文台的观测活动来说，通知时间远远不够，因为大型天文台必须提前几个月预订。“但ISON彗星是在离太阳很远的地方被发现的，距离地球六倍之遥，所以我们有很多时间进行观测规划，”亚利桑那州图森市行星科学研究所的李建阳说。

目击者集合

该计划的第一阶段始于2013年初，世界各地的观测者开始监测ISON彗星，并将报告发送到马萨诸塞州剑桥的小行星中心，该中心是彗星和小行星信息的主要交换站。到春天，夏威夷大学的凯伦·米奇已安排在莫纳克亚山顶的巨型双子北望远镜进行观测。通过这些观测，她记录了彗星喷发出大量的气体和尘埃。

大约在同一时间，李建阳率领一个团队与著名的哈勃太空望远镜合作，阐明了喷发物的来源。哈勃图像捕捉到一个活跃的喷泉，高近2500英里（4000公里），从彗星的向阳面喷射而出。“我没想到会有如此明显的喷流，如此壮观，”李建阳说。

那道喷泉部分解释了为什么涅夫斯基和诺维乔诺克在近日点之前如此遥远的地方就发现了这颗彗星，但这又引出了一个更深层次的谜团。彗星中最常见的成分是普通冰，所以彗星通常会相当平静，直到它们获得足够的阳光来汽化水。彗星通常要到接近火星时才会变得那么热。但ISON彗星却在木星之外的寒冷区域喷发着。

米奇认为，这种华丽的行为反映了从未经历过太阳任何温暖的彗星不同寻常的构成。她指出，作为奥尔特云的新来者，ISON彗星可能覆盖着一层冰冻的一氧化碳和二氧化碳，这些气体即使暴露在微弱的热流下也会迅速汽化。“二氧化碳会远达土星轨道之外强烈逸出气体，”米奇说，那距离木星的两倍之遥。

资深彗星研究员、马里兰大学的迈克尔·阿赫恩指出，ISON彗星在向太阳坠落时如此迅速解体的另一个可能原因是。太阳风会产生一个巨大的磁泡，被称为日球层，它保护地球和其他行星免受深空中不断飞驰的高能亚原子粒子的侵害。但在遥远的奥尔特云中，ISON彗星并没有受到这种保护。

“在日球层之外度过了45亿年之后，彗星外层10到20米的部分已经完全受到辐射，”阿赫恩说。“基本上所有的化学键都被打破了。你会得到许多不稳定的分子碎片。当它们受热时，即使是很小的热量，它们也会重新结合，而且往往会发生爆炸。”ISON彗星的外层就像一层厚厚的TNT炸药毯，等待着最微小的热量火花将其引爆。

大约在2013年4月，米奇和其他人注意到ISON彗星的亮度不再增加得那么快。“我会将此解释为炸弹的终结，”阿赫恩说。超活性的分子大部分已经被消耗掉，ISON现在表现得更像一颗普通的彗星了。

那时，天文学家们意识到他们可能根据ISON彗星前期的表现误判了它。根据哈勃观测数据，李建阳估计彗星核——彗星本身的固体部分——直径不超过约2.5英里（4公里），比许多天文学家最初对这样一颗活跃彗星的预期要小。尽管彗星的彗尾最终可能会在太阳系中延伸数百万公里，但它的彗核可能比纽约的中央公园还要小。

同样，ISON彗星的亮度可能不会像早期推断的那样高；与涅夫斯基最初的希望相反，这颗彗星不太可能与满月相媲美。另一方面，ISON彗星在汽化过程中发生的剧烈变化，正是科学家们所希望看到的。随着彗星每个新部分的暴露，它过去——以及我们过去——的更多信息便随之揭示。

天体捉迷藏

就在ISON彗星开始稍稍放下它的死亡面具之时，它消失了。从地球上看，这颗彗星从太阳后面经过，有两个月的时间，彗星研究人员实际上是被蒙蔽的。这给了他们急需的时间来计划下一轮研究，并预测当彗星在11月28日绕过太阳时会寻找什么。

像李建阳这样的观测者所研究的问题，是由一个与几年前教科书中记载的故事截然不同的起源故事所启发。在旧观点中，行星以有序的方式形成，诞生于由气体和尘埃组成的漩涡盘（称为太阳星云），并稳定地运行在它们目前距离太阳的位置。然而，这种解释留下了许多细节不明，包括像ISON这样的彗星如何被抛到奥尔特云，而其他彗星则撞向地球。随后，疑虑倍增。

围绕其他恒星发现的奇异有序行星系统表明，形成过程毕竟不会如此整洁。有些行星紧贴着它们的恒星，以极度拉长的轨道运行，甚至反向旋转。这种排列只有在新生行星以复杂方式相互作用并迁移时才可能发生。另一个令人惊讶的线索来自彗星，它们的一些物质显然来自年轻太阳系中相对温暖的部分。在这种关于太阳系早期更混乱的新图景中，行星似乎经历了一个持续数千万年的游荡阶段。

“现在对我来说很清楚——尽管我还没有说服所有人——木星在那段时间里肯定先向内朝太阳迁移，然后又掉头向外迁移，”A'Hearn说。根据这个理论，其他巨行星在与彼此以及围绕着仍在形成的太阳旋转的厚实物质盘相互作用时，也改变了位置。ISON彗星被卷入了这场戏剧中。

阿赫恩的同事、西南研究所的凯文·沃尔什对这一过程进行了一项动力学模拟，揭示了许多关于太阳系长期存在的谜团：不仅是奥尔特云彗星的来源，还有火星为何与地球相比如此之小且没有大气层。当木星迁移时，其强大的引力搅动了周围的一切。它虹吸走了原本会到达火星的原始物质。它将幼小的彗星散布到四面八方。

在木星的旅程中，它将成群的彗星抛向仍在形成的地球。当一些彗星相撞时，它们沉积了水和有机化合物，帮助填满了海洋，使我们的世界变成了一个蓝色星球。阿赫恩解释说，当木星远离太阳时，它又搅动了第二组更遥远的彗星，并将它们抛向奥尔特云。在这种观点下，ISON彗星是木星向外轨道上的受害者之一。

它的每一部分都构成了一个精彩的故事——而ISON彗星可以帮助证明它是真实的。太阳星云的每一部分都有其独特的构成，由其温度和与太阳的距离决定。观察ISON彗星的化学指纹——其二氧化碳与水的比例、不同种类氢原子的混合物、它所含的尘埃颗粒类型——将揭示它在45.6亿年前的形成地点，从而对“游荡木星”理论进行检验。这些答案不仅有助于解释地球如何成为孕育生命的理想场所；它们还将揭示在其他恒星周围找到类似宜居行星的可能性。

生与死的一刻

现在ISON彗星重新进入视野，地球上几乎所有大型望远镜都在观测它冲向太阳。太空中的许多望远镜也在观测，这又是另一个巧合。“彗星恰好在行星排列整齐时穿过太阳系内部，”利斯说。

2013年10月1日，ISON彗星从距火星仅1000万英里（1600万公里）处掠过，火星勘测轨道飞行器（MRO）正在那里观测。而11月18日，当ISON彗星滑过水星3600万公里时，另一艘NASA探测器MESSENGER也将从那里进行观测。ISON彗星与火星擦肩而过，使得MRO获得了太阳系中任何观测站的最佳视角。它不会离水星那么近，但这次经过同样重要。“那时，从地面观测彗星几乎是不可能的。这就是我们这样做的原因，从不同的几何角度和不同时间观测彗星，”李建阳说。

不幸的是，最激动人心的一刻，即11月28日近日点的危险时刻，将无法使用大多数地面望远镜观测，因为彗星离太阳太近；所有为夜间观测设计的仪器都会被阳光“致盲”。由于同样的原因，这次围绕其他行星运行的航天器也帮不上忙，但另一组仪器将挺身而出：太阳观测站，如SOHO、STEREO和太阳动力学观测站，它们都被设计成直视太阳表面。如果彗星绕过太阳时发生任何壮观的事情，它们都将进行观测。

ISON彗星能否完好无损地存活取决于热量和引力。热量似乎是次要问题。即使在2000摄氏度下，彗星的外层汽化速度也比热量渗透得快。除非ISON彗星耗尽物质——也就是说，它字面上完全蒸发——它应该会像一个巨大的“烘烤阿拉斯加”一样，内部仍然是冷的。

太阳的引力潮汐则另当别论。彗星的结构松散。“如果你用手舀起一堆雪，仅此而已，这就是彗星的构成方式，”利斯说。“它不是一个冰球。更像一个脏雪堆。”在一个特别明确的不稳定性例子中，另一颗明亮的掠日彗星，洛夫乔伊彗星，在两年前绕太阳一圈后大部分解体。李建阳还回忆起舒梅克-列维9号彗星，它在1994年撞击木星之前，被木星的引力撕裂成至少21块。ISON彗星也可能类似地碎裂成一串“珍珠”。

那么彗星会成功吗？迟早，每个研究ISON彗星的研究人员都会给出赔率。“我不是一个赌徒，但如果我必须在这上面下注，我会倾向于赌它能存活下来，”格拉斯哥大学的天体物理学家约翰·布朗说。“我确实玩扑克，我也是个赌徒，但我不会把整个家当都赌上去，”利斯反驳道。阿赫恩采取了一个更确切的立场：“我愿意赌一杯啤酒它能存活。我不确定我是否愿意赌一瓶上好的苏格兰威士忌。”

如果ISON彗星从另一边出来，米奇、李建阳、阿赫恩和世界各地无数其他人将恢复他们的守夜，寻找彗核形状和组成的变化。但解体在某些方面会更具启发性，因为它将提供关于彗星内部结构的数据——进而，关于它最初形成方式的数据。“如果它碎裂，那将暴露出更多新鲜的内部，我们将能够测量彗星的强度并研究它为何碎裂，”李建阳说。即使它碎裂了，碎片也应该会在地球的天空中呈现出令人惊叹的景象。

ISON彗星的来世

无论它是快速还是缓慢地消亡，ISON彗星在11月28日之后都将大大减弱。但在太阳系中，没有什么会真正消失。彗星的物质将扩散开来，其中一些彗星尘埃将在1月12日撞击我们的大气层，届时我们的星球将穿过ISON彗星尘埃轨迹的边缘。彗星的大块碎片将与我们擦肩而过，但太阳辐射会将微小颗粒——大约与木材烟雾中的颗粒大小相同——推向地球。西安大略大学的流星研究员保罗·维格特预测，不到一磅的这些微小颗粒最终会飘落到地面。“彗星播种仍在进行，就像地球年轻时一样，”他说。

当ISON彗星，或其剩余部分，返回奥尔特云时，天文学家们对接下来发生的事情非常感兴趣。“我们将尝试在它离开太阳系内部后观测这颗彗星，并观察它熄灭，”利斯说。它的每一种化学成分将逐一恢复到休眠的冰冻状态。

ISON彗星消失在视野中很久之后，它的遗产也将以其他方式延续。利斯协调的观测工作，名为“ISON彗星观测活动”，将向公众提供其数据集，因此每个人都可以练习成为一名宇宙历史侦探。

对ISON彗星的观测将作为另一次非凡彗星事件的试运行：2014年10月19日，赛丁泉彗星将擦过火星，距离火星仅6.8万英里（或11万公里）——比ISON彗星最接近火星时近100倍。对于彗星科学家来说，这是一个前所未有的机会。赛丁泉彗星将如此接近火星，以至于火星将直接穿过彗星的彗发。所有环绕火星或在火星表面漫游的探测器都将记录下这一事件。

“碰巧这是一个特别好的时机，能遇到有趣的彗星，”阿赫恩说。情况可能会变得更好。奥尔特云的理论模型表明，引力扰动应该偶尔会不仅仅是像ISON彗星这样的单个彗星，而是大批量的彗星脱落。正如阿赫恩轻描淡写地所说：“彗星雨是可以预料的。”其中任何一颗撞击地球的几率都微乎其微，但其影响仍然会令人震惊。

唯一的问题是，你我是否有幸活得足够长，能够看到不仅仅是一颗，而是一整场伟大的彗星风暴，它们都以壮观的姿态冲向太阳，荣耀尽显。