哈雷誕辰｜科學史上的今天：11/8

A 編按：最近的《哥吉拉大戰金剛》用了「地球空心說」，將地心作為泰坦巨獸的故鄉，可你知道嗎？「地球空心說」可是由著名天文學家艾德蒙．哈雷提出的！這個猜想不只有其道理，也帶動人類探索地心的秘密。

《一切都是泛科學的陰謀》專題與你一同挖掘各種陰謀論的脈絡！「地球空心說」並不是陰謀論，但其衍生出的各種說法，卻比陰謀論還要精采，而美國也真的派出過探險隊，試圖找到極地的地心入口。

有科學腦的人，應該很討厭陰謀論吧？有些有趣又無厘頭，有些很認真的讓你皺眉頭並且開始懷疑自己。你可能會問「這些想法為什麼會存在？」但是不管在哪個時代，陰謀論都會存在來挑戰充滿證據的事實，而我們能作的除了不斷的完整事實和理論的樣貌，還能從這些陰謀論反問自己「這背後有什麼道理嗎？」

如果把「地球空心說」放到現代，絕對會被大家嘲笑吧！但是在330年前，就連最偉大的天文學家也對此深信不疑。

過去，人類對於地球的內部構造並沒有定論，各種說法存在於神話、信仰之中。而第一位有憑有據猜測地球內部構造的人，是十七世紀末，大名鼎鼎的英國天文學家艾德蒙．哈雷，大膽提出了「地球其實是空心」的理論。

哈雷的浪漫猜測

哈雷發現地球的磁場其實並沒有想像中的「穩定」，在接近極區的地方，指南針並沒有辦法準確的指向，為了解釋這個現象，他大膽地假設地球的中心是中空的……更詳細一點的描述，其實地球內部是一個大空腔，裡面裝著有 3 個不互相接觸的同心球，由外到內大小分別參考金星、火星、水星，像俄羅斯娃娃一樣套在地球中，哈雷還參考土星環的原理，推斷這些球殼靠著離心力和重力懸空且不會相撞，而就是這些浮空的內部球殼造成地球磁場的變化。

面對這多層的地球，只有最外層有住生物嗎？哈雷大膽地說：「這些內部球殼上還有生命存在，整個地球結構就像上帝創造的多層建築一樣，不同樓層有不一樣的生命。」（事實上怪物宇宙系列電影也是以此為設定，這些地方就是泰坦巨獸的家鄉）

為了完善「地球空心說」，哈雷又提出球殼內部含有「鹽水」，靠著類似玻璃的粒子阻擋來讓地面的海洋不流到底下，又在 1716 年提出影響現代地球空心說的假設，極光就是從兩極地區的大洞下噴出的發光蒸氣。

神奇的地球空心說就此誕生，甚至連哈雷本人都有點難以置信，他在 1692 年的紀錄中寫到：「講出這麼誇張又浪漫的假設，讀者可能會立刻譴責，直到我找到足夠的證據支持這個假說。」

哈雷當時剛剛好和好朋友艾薩克·牛頓撰寫科學名著「自然哲學的數學原理」(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)，和「自然哲學的數學原理」這本近代科學研究的基石寶典相比，哈雷在沒有足夠實驗方法下提出的地球空心說，某種程度上也算是近代科學史上第一個預測性質的假說，這稱不上是「陰謀論」，畢竟裡面沒有什麼違反當時認知事實的陰謀，只是一個科學家的大腦洞。

博物學家的瞎掰

但老實說，地球空心說並不是哈雷獨有的想法，例如同一時期在日耳曼地區，一位名叫阿塔納奇歐斯·基爾學（Athansius Kircher）的全才博物學家也出版過一本書叫作 “Mundus Subterraneus“ （姑且翻譯為: 世界之下），內容提到地球中間其實有個大窟窿，可能就像鐘乳石洞般，裡面除了地下湖泊外，還有岩漿和火焰，而北極有一個漩渦將海水吸入地球內部，加熱後從南極噴出。

和哈雷相比，基爾學連支撐他故事的理論都沒有。儘管現在知道哈雷錯得離譜，但是當時的科學認知和技術已經知道轉動的金屬會產生的磁場，所以如果地球磁場會有不同，可能表示地球中間不是堅硬的石頭，而是有會旋轉的岩石、金屬體吧？而且，因為磁力與引力相比影響更大，所以內部的球殼一定要處於一個絕妙的平衡來保持球殼不會崩壞。

當然在哈雷的版本中，還是有許多無法解決的問題，例如生命都需要的陽光怎麼達到內部？哈雷試著自圓其說，表示地底可能有許多凹面鏡，反射兩極製造出跟太陽一樣耀眼的光芒。

不過哈雷的地球空心說並沒有讓大家為之瘋狂，大部分人的回應是「恩，我知道了，這樣喔」，而哈雷也沒有再針對這個說法提出解釋或補強。但這也不代表他完全放棄了，事實上，他還執筆親手畫出了 3 個地殼的假設圖，成為地球空心說最標誌的圖像之一。

雖然不被廣泛討論或承認，但在缺乏任何證據的情況下，與哈雷類似的地球空心說在 18、19 世紀偶爾會再重新出現一下，並帶著新的推論和假說。

數學大師也瘋狂

在 18 世紀，地球空心說被兩個數學家研究過，他們是大名鼎鼎的李昂哈德·尤拉（Leonhard Euler）和約翰·萊斯利（John Leslie）。

在微積分、幾何學有莫大貢獻的數學大師尤拉，曾假設空心的地球內有一個直徑將近 10000 公里的溫暖球殼，然後上面住著高科技的種族；萊斯利則是相信地底下有兩個同心球殼，內部還有兩顆恆星提供光線，他將這兩顆莫名其妙出現在地球內的恆星取名為 Pluto 和 Proserpine，也就是羅馬神話的冥王和冥后。

推廣地球空心說的辣個男人——希姆斯

19世紀地球空心說最大的推崇者是美國人約翰·克里夫·西姆斯（John Cleves Symmes），在美國紐澤西誕生的他熱愛研讀自然歷史相關書籍，在 1818 年他出版自己的地球空心說：

「我主張地球是空心的，內部有無數同心球殼而且適宜居住，地球在南北極還有成12~16度的開口已獲得陽光。我發誓要證明這件事，也準備好前往地球內部探險，希望世界能夠支持我。」

作為一名多產的作家和演講者，西姆斯非常勤奮地到處宣傳他的假說，包括根據整個理論提出著作 “Symzonia: Voyage of Discovery” （姑且能譯為《西姆斯：發現之旅》），還四處募款，試圖前往兩極探險。他的主張「兩極有空洞，為地心帶來光明」的假說基礎是最廣為人知的空心說版本，也是在極地探險成真之前，眾多對兩極的幻想之一。

一波三折的南極探險計畫

西姆斯的努力吸引了幾位關鍵人物的注意，一位名為詹姆斯．麥可布萊德（James McBride）的俄亥俄州有錢人，他不只寫文章支援這個假說，還遊說肯塔基的議員理查．M．強森（Richard M. Johnson）支持前往南極的探險，沒想到理查還真的說服了當時的美國總統約翰．昆西．亞當斯（John Quincy Adams），但草案卻被國會駁回，直到下一任總統安德魯．傑克森（Andrew Jackson）上任之後，一個截然不同的南極探險計畫在 1836 年才被重新提出，但西姆斯已於 1829 年去世，無緣參與這場南極遠征。

西姆斯死後，地球空心說的代言人由俄亥俄州的一位新聞記者——傑瑞曼亞．雷諾茲（Jeremiah Reynolds）繼承。為了前往南極一探究竟，1829 年雷諾茲加入狩獵船隊，爭取前往南極的機會，但旅途一波三折，不只遭遇叛變，還被同伴流放，經歷了九死一生的冒險才回到美國。隨後 1836 年雷諾茲在國會中演講，大力推崇當時尚未定案的美國南極探險隊，他強調這將會為國家帶來光榮並加強國際事務，但是在籌劃階段他因為不滿進度和內容，所以從計畫中被開除了。

這場探險成功在傑克森總統卸任後 2 年出發，稱為 1838~1842 美國探勘船隊，由查爾斯．威爾克斯（Charles Wilkes）領導，這其實是一次非常正式的探險船隊，目的包括建立海圖、建立航線、收集科學及物種資訊……等，船隊從美國東岸出發繞過南美洲後前進太平洋，並在去程的倒數第二站造訪了南極，但是在希姆斯猜測有大洞的位置什麼都沒找到。

對地球空心說的狂熱並未停止

到此為止地球空心說可以說是正式破解了，但一直以來只要有機會，這個理論就會被丟出來解釋科學發現。例如 1846 年在西伯利亞冰原發現了猛瑪象遺骨，當下就有人懷疑它是不是從北極的大洞內部遊蕩出來、因為找食物而被困在西伯利亞，因為在猛瑪象的肚子內找到未消化的毬果，而死亡又這麼突然。

在 1864 年，還有一位大人物也出手了，也就是現代科幻小說之父凡爾納，他的作品之一《地心歷險記》就是描述一群人從冰島火山進入地心的世界探險，地心中還有大海和古生物。

1869 年一位美國煉金術士賽勒斯．提德（Cyrus Reed Teed）可以說是地球空心說的狂人，而且非常特別，在他的著作 “The Cellular Cosmogony, or The Earth, A Concave Sphere” 中，大膽的假設我們所居住的世界其實是地球的內凹面，我們頭上的天空其實是地球中心，而在我們地殼對面住著一支文明，但是因為濃霧的關係無法發現它們存在，而我們看到的月亮其實是另一個地球內部球殼。

提德還改了姓名、創立了名為 Koreshanity 的宗教，並發行雜誌來吸引信徒，為了證明我們所居住的地球面是向內凹，還使用儀器丈量地表！最後，他在佛羅里達還擁有一塊 300 英畝的土地，他和將近 250 名信徒一同活在那裡直到 1940 年。

1873 年，一位神祕學家愛德華．鮑沃爾—利頓（Edward Bulwer-Lytton）完成了 “The Coming Race”，內容有關一群住在地球內部的文明，因為發現神秘的能量來源而科技發達。

1906年，作家威廉．里德（William Reed）出版了一書 “The Phantom of the Poles”，表示其實可以搭船從地球外面到達地球內部，因為重力的作用讓他們在經過反轉時完全無感，而且很多水手其實去過了只是沒有發現。

就算是在 1913 年，此時人類已經成功到達並記錄了北極點，一位叫作馬歇爾·佳德爾（Marshall Gardner）的作家還是出版的一本叫作 “A Journey to the Earth’s Interior, or Have the Poles Really Been Discovered?” 的書質疑這件事，書中表示許多已經滅絕的生物其實都住在地球內部，因為地球誕生時，離心力形成了最外層的地殼，但是內部還有一個較重的殼，並持續接收地心的熱度。

但是隨著我們對地球越來越瞭解，我們知道這些假說真的都是空穴來風，而在事實確認之下，已經是陰謀論的等級了。

終結地球空心說的女科學家——英厄．萊曼

20 世紀中期，第一位飛行橫跨南北極的人：理查德．伯德(Richard E. Byrd)在他的飛行紀錄回報中完全沒有提到任何大洞；1959 年一艘美國潛水艇從北極圈冰山下鑽過然後在北極地區重新出現，表示沒有大洞；儘管到今天我們在兩極都有觀測站了，還是沒有大洞存在。

1929 年，丹麥的地科學家英厄．雷曼（Inge Lehmann）藉由測量地震產生各種不同的波，推斷地球內有較靠近外部的液態構造和最裡面的固體核心，而這些液態物質的攪動、流動造成了磁場和變化，之後經過無數的實驗和驗證我們總算可以斷定……地球內部不是空的，但是某種程度上哈雷講的也沒有錯，因為我們的地球內部的結構的確有很多不同的層，包括地殼、地函、地心……等。

儘管錯得離譜，哈雷的地球空心說讓大家發現了一個可能從來沒問過的問題，激起了後來科學家們研究這件事的興趣，作為啟蒙時代的起步者，這可以說是一個有益於後代進步的有趣陰謀論，科學有趣的地方在於它的反覆驗證、質疑並且修正的特性，我們可以從錯誤的主張，逐漸導出正確的路。

參考資料：

• Fantastically Wrong: The Legendary Scientist Who Swore Our Planet Is Hollow
• Lockhaven.edu: Turning the Universe Inside-Out.
• encyclopedia.com-philosophy and religion-hollow earth
• The Origin of the Hollow Earth Theory

說到哈雷，一般人只會想到哈雷彗星（誰說哈雷機車的？出去！），其實他在科學史上可是還有許多創舉與貢獻。

哈雷自小家境富裕，有了父親的大力栽培加上自身的天賦，很早就在天文學上嶄露才華，未滿20歲就在格林威治天文台擔任助理。1676年跑到最南端的英國殖民地聖赫勒拿島（Saint Helena）待了一年半，繪製南半球天空的星圖，還作了水星凌日的觀測，因此1678年風風光光地回到英國後，成為皇家學會有史以來最年輕的院士。

1684年，哈雷跑去請教牛頓是否能證明克卜勒三大定律，只見牛頓輕描淡寫地回說他幾年前就寫過論文解決這問題了。哈雷肅然起敬，忙問道能否拜讀一下這篇論文？牛頓找了半天卻找不到。牛頓原本早被虎克氣得不想再公開自己的研究成果，但在哈雷舌燦蓮花的鼓吹之下，還是花了兩年時間，寫出包含三大運動定律的《自然哲學的數學原理》這本曠世鉅作。

不料英國皇家學會經費有限，又認為這三大冊以拉丁文撰寫的書肯定乏人問津，遂不願印行。哈雷此時因父親過世，財務已現窘境，但仍胸脯一拍，自掏腰包於1687年印刷出版。若沒有哈雷，牛頓這本影響深遠的劃時代鉅著恐怕就沒機會問世啊！

1691年，哈雷發明潛水鐘，下沉到18公尺深的泰唔士河底下，停留了一個半小時。1693年，他分析一個小鎮的死亡年齡，提出史上第一份人壽保險的論文。1716年，他根據葛利格里（James Gregory）以水星凌日計算太陽距離的方法，提出更精確的金星凌日法；在現代人造衛星出現之前，這一直是測量太陽距離的最佳方式。

至於讓他流芳萬世的哈雷彗星，則是他於1705年提出的。哈雷從歷史的觀測記錄發現1456、1531、1607、1682這四年掠過天空的彗星，軌道參數幾乎都相同，因此推斷它們其實是同一顆彗星。經過計算後，他發現的確吻合牛頓運動定律與萬有引力定律，因此大膽預言這顆彗星將在1758年再度出現。

五十三年後這顆彗星果然如期現身；只是此時哈雷已去世多年，來不及目睹自己所預言的彗星回歸。天體運行向來被認為是上帝的巧手安排，如今人類竟然能看穿上帝的意圖，充分證明科學的強大力量。這顆彗星從此就被命名為哈雷彗星，以紀念他的貢獻。

下一次哈雷彗星將在2061年再度造訪，還有機會的人千萬別錯過75～76年才有一次的天文奇觀啊！

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。

十八世紀，歐洲正值啟蒙運動（Enlightenment），崇尚理性，強調勇於求知、挑戰權威；當時的思想家普遍認為，理性的發展可以為人類帶來福祉、改善社會與生活——這樣的信念其來有自：從哥白尼創立日心說、1543年出版《天體運行論》開始，到1632年伽利略的《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》為哥白尼辯護，再到牛頓於1687年發表《自然哲學的數學原理》（Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica，簡稱Principia），闡述三大運動定律和萬有引力定律，人類對世界的理解，產生翻天覆地的變化；同時，不只物理學，包括數學、化學、生物學等等，都出現突破性進展。

史稱科學革命的這段時期，大大加深了人們對理性求取知識的信心。

然而，每當有新的科學理論出現，社會不見得能馬上接受，或要經歷觀點的衝突與思想的轉化；隨著證據越來越多，最後才獲得大多數人認同。牛頓在發表他的理論之初，同樣面臨其他學說的競爭；其之所以能夠廣為人知、最終成為學界主流，某位女性居功厥偉──她參與了十八世紀學派間的論戰，也是史上第一位深刻理解牛頓學說的女性；她將牛頓以拉丁文寫成、內容艱澀的《自然哲學的數學原理》翻譯成法文，並鉅細靡遺地加上自己的解說和註釋。法國當時是歐洲最強盛的國家，《自然哲學的數學原理》法文版的出現，對牛頓思想的普及帶來很大幫助，也間接促進其地位的確立。奈何她的婚外情人名聲太過響亮，使其推廣科學的成就往往被後人忽略。

她，就是埃米莉．沙特萊（Émilie du Châtelet）。

良好的家世與顯赫的婚姻

加布里埃勒．埃米莉．勒托內利耶．德布勒特伊（Gabrielle Émilie Le Tonnelier de Breteuil）出生於1706年12月17日的巴黎。她的父親是服務法國路易十四朝廷的高級官員，也是文學愛好者，常定期邀請文人至其寓所聚會。因著良好家世，埃米莉從小就接受多元的教育，學習外語、馬術、體能、戲劇、舞蹈和音樂等等，甚至也被鼓勵發展科學和數學上的興趣（這對當時的女性來說是可遇不可求的），還認識許多知名學者與作家。年僅十二歲，埃米莉便能說流利的拉丁文、義大利文、希臘文與德文；到了十六歲，更被父親引介至凡爾賽宮，與其他王公貴族交遊。在當時的法國，很難有比這更優渥的童年了。

只不過，就算擁有再顯赫的出身與再高的學識，埃米莉都無法決定自己的終身大事。十九歲的時候，她接受家裡安排，嫁給大她十歲的軍官──沙特萊－羅蒙侯爵（Marquis du Châtelet-Lomont）。成為夫妻的兩人，卻一絲共同點都沒有：她聰明、機智、喜歡接觸新知，沙特萊－羅蒙卻很遲鈍、沒有智識上的興趣；她喜歡巴黎以及宮廷的社交生活，丈夫卻因職務之故長期不在巴黎，社交圈也僅止於軍中同袍。對埃米莉而言，這段婚姻完全沒有任何激情成份，只是盡義務罷了。然而，這樁婚事倒也不是沒有好處──埃米莉得到了更高的社經地位，甚至擁有在皇后面前坐凳子的特權，旅行時還能有自己的隨扈。而伴隨婚姻而來的，是豐富的物質生活，與填補不了的感情空虛。

沙特萊－羅蒙侯爵作為邊境地帶的領主，常需要參與戰事。丈夫遠行時，埃米莉就回到巴黎，參加凡爾賽宮的社交活動，包括賭博，更是皇后牌桌上的常客。結婚之後數年，他們的子女相繼出生，年僅二十多歲的埃米莉，已是三個孩子的媽。當時的貴族家庭，父母並不親自照顧小孩，孩子出生後便給奶媽帶大；她就跟當時其他的貴族女性一樣，不用負擔子女的照料和家事，生活奢華、喜歡華貴的衣服和鞋子、穿戴價格高昂的首飾。

這時候的埃米莉，還很難讓人想像，有朝一日將成為十八世紀屈指可數的女性科學家。

與伏爾泰的相遇，成了邁向科學的契機

1733年，就在埃米莉放縱於巴黎的紙醉金迷時，能夠幫助她展現才華的人出現了──長她十二歲的阿魯埃（François-Marie Arouet），筆名伏爾泰（Voltaire）。

伏爾泰是優秀的思想家和哲學家／作家，也是啟蒙運動的代表人物；他常年批評時政與羅馬教廷，宣揚公民權、宗教自由以及政教分離；因為曾在英格蘭住過，伏爾泰對牛頓及其他英國學者的思想很是熟悉。雖然兩人早在多年前就打過照面，年輕的他們並沒有發展出長期的友誼關係；而這次相會，機智風趣的伏爾泰，馬上就和埃米莉成為很好的朋友，一起參加歌劇、戲劇、出入凡爾賽宮。

在那個年代，自然科學尚未獨立成為學門，只被歸類為哲學的一個分支──自然哲學；因為埃米莉對自然哲學很有興趣，伏爾泰於是引介巴黎最熟悉牛頓理論的科學家莫佩爾蒂[1]（Pierre-Louis Moreau de Maupertuis），給她上科學和數學課。

長期處於情感匱乏狀態的埃米莉，見到年紀相近、又是科學家的青年才俊莫佩爾蒂，瞬間墜入情網。她顧不得自身已婚，宛如少女情竇初開那般，將愛慕轉化為綿綿不絕的情書。然而，莫佩爾蒂或許對埃米莉過於濃烈的愛意感到負擔，轉而請另一位學者克萊羅[2]（Alexis-Claude Clairaut）代替自己教導她。比埃米莉小七歲的克萊羅，是天份洋溢的數學家，聞名歐洲；他不但和埃米莉成為一生的朋友，也是其日後科學工作的夥伴。

或許可以說，埃米莉能在科學路上有所成就，除了靠自身天份與努力外，也多虧這三位益友在途中的幫助。

遠離塵囂

1735年，伏爾泰因為出版的新書觸怒法國政府，被迫離開巴黎；埃米莉提供位於法國東部的上馬恩省（Haute-Marne）、距巴黎275公里的西雷莊園（Château de Cirey）給伏爾泰避難。過了幾個月，埃米莉也搬到西雷莊園與伏爾泰同住。此時的兩人，已成為熱戀中的情侶；沙特萊－羅蒙侯爵，也就是埃米莉的丈夫，對妻子另結新歡抱持默許的態度──畢竟他們的婚姻早就名存實亡。

西雷莊園成為兩人哲學／科學工作的中心，房間擺滿書籍和科學儀器，藏書量甚至媲美大學圖書館。和學術圈保持密切聯繫的同時，他們也邀請學者／朋友到莊園拜訪或長住。兩人遠離了巴黎社交圈，也遠離閒言閒語；白天研讀科學，晚上和朋友開宴會同歡。這時候的埃米莉，生活有好一部份重心都轉移到數學和科學上，即使短暫回巴黎也不忘記學習；她更將西雷莊園稱為「哲學與理性之地」。

在科學圈的初試啼聲

1737年，法國皇家科學院（現為法國科學院）的年度論文競賽，主題是火的本質與傳播。埃米莉寫了139頁的論文，嘗試整理所有已知的火焰性質並做出論述。雖然沒有提出新的實驗發現或理論，但她在論文裡提到：「太陽的光線呈現黃色，所以相較於其他顏色的光，太陽在本質上必然投射出較多的黃光。⋯⋯很有可能在其他的（恆星）系統，有的太陽會投射出更多紅色、或綠色等等的光線⋯⋯」這段推測與目前的科學認知，在概念上非常接近。

後來，論文獎項由瑞士出身的數學家歐拉[3]（Leonhard Euler）和另外兩位學者奪得；這讓埃米莉、以及也有參加競賽的伏爾泰傷心極了，埃米莉甚至寫信，向評審之一的老朋友莫佩爾蒂抱怨。此時的她並不知道，贏得殊榮的歐拉將成為有史以來最偉大的數學家之一，輸給歐拉一點都不是什麼可恥的事。無論如何，1738年，法國皇家科學院將參與競賽的優秀論文彙整出版，其中便包括埃米莉和伏爾泰的論文。

《物理學教程》的出版

1740年，鑑於當時的法文物理學教科書都已過時，沒有納入近幾十年的物理學發展，在朋友勸說下，埃米莉將她教導兒子的物理學基礎內容整理成冊，匿名出版《物理學教程》（Institutions de Physique）。事實上，埃米莉對出書並不陌生：兩年前，伏爾泰出版著名的《牛頓哲學要素》（Éléments de la philosophie de Newton），嘗試為牛頓哲學提供清楚易懂的解釋；一般相信埃米莉對這本書的內容貢獻良多，只是沒有被列為作者。

《物理學教程》主要在介紹當時（尤其是牛頓）的物理學理論，但同時也採用知名數學家萊布尼茲[4]（Gottfried Wilhelm Leibniz）的觀點，討論當時最前沿的物理學爭議──活力（vis viva，意為活著的力）。早在十七世紀，聲名遠播的哲學家笛卡兒[5]（René Descartes）及其追隨者便提出，在力學系統內，若把每個物體的「質量」[6]和其「速率」相乘，再加總起來，會是守恆的。過了幾十年，萊布尼茲卻聲稱，真正守恆的量，是把每個物體的「質量」和其「速率的平方」相乘，再加總──他把這個物理量稱為活力。同時，牛頓也參了一腳：他指出，在某些特定系統裡（例如兩個軟物體互撞），萊布尼茲的說法顯然有誤。

十八世紀的學界，對動量、力、功、能量、質量這些我們現今熟知的概念並不清楚。活力的爭議會延續這麼多年，一方面是因對詞彙的運用與定義不清，另一方面學界也找不到所有狀況都適用的原則。

埃米莉本身雖然是牛頓學說的支持者，但在《物理學教程》中，進一步發展萊布尼茲的觀點，並採用當時另一位科學家的實驗觀測，論證活力應該要正比於「速率的平方」才對。沒想到，這本書關於活力的討論，後來卻引起軒然大波。

接踵而來的人際糾紛、歧視與批評

埃米莉在撰寫《物理學教程》的時候，曾就萊布尼茲的理論向某位學者請教。然而，這位學者後來卻散布謠言，聲稱埃米莉正在寫的書抄襲他的著作；埃米莉自然是一概否認。換個角度想，既然埃米莉曾向其諮詢，那麼書中針對萊布尼茲學說的介紹，有一定程度受到對方的觀點影響，或許也不是那麼奇怪。無論如何，這件事後來不了了之，《物理學教程》也順利出版。世人無從得知兩人之間究竟發生什麼事，只懷疑是跟金錢糾紛有關。

福無雙至禍不單行，在《物理學教程》出版後不久，法國皇家科學院的秘書德邁蘭（Jean-Jacques d’Ortous de Mairan）發表公開信，質疑書中內容。原來，埃米莉在《物理學教程》裡，除了採用萊布尼茲的觀點之外，還評論了德邁蘭支持笛卡兒／牛頓一派的論文；德邁蘭作為堂堂學者，又是皇家科學院的秘書，實在無法忍受被學界名不見經傳的女人批評。在公開信中，德邁蘭質疑女人善變、埃米莉腦袋有問題，並堅持埃米莉錯誤詮釋他的科學工作、對數學的理解也不完全。

埃米莉無法忍受德邁蘭的無稽之談；她即時針對信中批評，以體面、整潔的語調逐一反駁，並將回應寄給皇家科學院眾多成員。埃米莉一戰成名，也讓眾人看到她確實學有專精。為此，在1742年《物理學教程》再版裡，埃米莉除了就部份內容做修改之外，也把自己和德邁蘭隔空交火的信件附上，讓讀者自行判斷孰是孰非。這次她不但不再隱去姓名，還加上自己的畫像。一般而言，人們大多認為埃米莉在這次爭論中贏了德邁蘭。

從科學發展史的角度來看，埃米莉的《物理學教程》，是一本嘗試向法語國家推銷英國學說，卻又努力不傷害國家民族感情的著作──大自然畢竟不分國界。她特地旁徵博引許多法文參考資料，以作為論述的佐證；像是，莫佩爾蒂和克萊羅於1736年率領法國遠征隊，到芬蘭的拉普蘭（Lapland）測量子午線長度，最終證實地球為扁圓形──跟莫佩爾蒂和克萊羅基於牛頓理論的研究結果吻合。這本書將牛頓學說的基本概念，包括物體的運動以及萬有引力，介紹給一般大眾。可以說，《物理學教程》的撰寫，以及引發的一系列討論，都讓埃米莉更有能力面對她畢生最大的成就──翻譯牛頓的《自然哲學的數學原理》。

埋首新計畫：《自然哲學的數學原理》的翻譯工作

好些年來，伏爾泰和埃米莉在西雷莊園過著只羨鴛鴦不羨仙的生活，然而再親密的伴侶終究還是得面對時間的考驗。1743年以後，兩人的互動充滿緊張與爭吵；伏爾泰出外旅行時，寄給埃米莉的信不但越來越少，內容也不再情話綿綿。他們的關係，就在伏爾泰出軌後嘎然而止──儘管如此，兩人可能過於習慣彼此，分手後還是一起旅行、一起生活。

失去了感情上的寄託，埃米莉埋首書堆，專注於牛頓哲學的研究。1745年，她展開新計畫，打算將牛頓的科學鉅作《自然哲學的數學原理》由拉丁文翻譯成法文。當時牛頓已去世18年，《自然哲學的數學原理》也已問世58年，卻一直沒有完整的法文譯本。這本書充滿了複雜難解的數學，沒有兩把刷子是翻譯不來的。對埃米莉而言，這個工作不但可以讓自己的學識被眾人肯認，二來她也希望能夠增加眾人對牛頓學說的接受度──基本上，當時牛頓的理論只在英國廣為流傳，並不被歐洲大陸多數學者認同。

1745年末到1746年初，待法國政府和出版社的同意都下來之後，埃米莉終於能夠著手進行這將讓她聲名遠播的計畫。因為書中許多地方都需要用數學重新驗證並做解釋，她於是找了克萊羅協助處理數學的部份。《自然哲學的數學原理》是大部頭著作，共分三本；前兩本講述物體的運動，第三本則談論牛頓的世界體系，尤其是萬有引力在天文學（包括太陽系）上的應用。埃米莉花了兩年多，還沒能將翻譯完成。

轟轟烈烈地去愛

1748年，埃米莉和伏爾泰到呂內維爾[7]（Lunéville）旅行，拜訪他們的朋友、也是當時法國皇后的父親──前波蘭國王萊什琴斯基（Stanisław Leszczyński），史稱斯坦尼斯瓦夫一世。在那裡，埃米莉認識了聖－蘭伯特（Jean-François de Saint-Lambert），一個平凡乏味、在學識上也不如她的詩人。

愛情或許真的沒什麼道理可言，埃米莉愛上了聖－蘭伯特。在呂內維爾的日子，她瘋狂得不顧一切：不顧對方才學平庸、不顧自己的地位、不顧親人和朋友的看法、捨棄了翻譯工作，一心只想著情人；她經常寫情書給聖－蘭伯特，來回穿梭於兩人的房間。這是埃米莉最後一次轟轟烈烈的戀愛，愛上一個在各方面完全都不如她的人。

一開始，伏爾泰對兩人的曖昧裝作不知情，但事情演變到後來，就算再遲鈍的人都看得出來他們關係匪淺。儘管伏爾泰和埃米莉已經分手，也曾有過爭吵、衝突，但他和埃米莉之間的感情非常深刻，兩人十多年來一直是生活和學識上的好夥伴──伏爾泰再也不能坐視不管了！

伏爾泰半強迫地把埃米莉帶回巴黎，卻發現一切都已太遲──埃米莉懷孕了。在現代，與婚外情人有孩子雖然並不少見，但在多數人眼裡也不是什麼光榮的事；考量到當時的年代，以及埃米莉的貴族身份，想必不是打哈哈就能過去的。

沒辦法之下，埃米莉只得和伏爾泰商談，如何把懷孕的消息告知她的丈夫，沙特萊－羅蒙侯爵。就在某一天，兩人找了聖－蘭伯特和沙特萊－羅蒙，齊聚西雷莊園，打算把事情交待清楚。出乎意料地，沙特萊－羅蒙侯爵最終接受了這個事實。

鞠躬盡瘁，死而後已

解決懷孕的事情後，埃米莉在巴黎繼續翻譯工作，克萊羅每天也都會來幫忙她。直到1749年6月，已經六個月身孕的埃米莉，才和伏爾泰啟程前往呂內維爾待產。

儘管是高齡產婦，埃米莉仍然不眠不休地工作，希望趕在第四個孩子出生前，將翻譯工作做完。完成書稿的最後一個月，她常常每天工作十七個小時，到凌晨五點才休息；當睡魔來襲，她就把雙臂浸到冰水裡，以恢復專注。《自然哲學的數學原理》翻譯，埃米莉在臨盆前幾天才大功告成。

1749年9月4日，埃米莉生下一個小女嬰；過程看似順利，之後她卻開始發燒，病情每況愈下。到了9月10日晚上，在丈夫、以及前後任情人伏爾泰和聖－蘭伯特的環繞下，埃米莉撒手人寰。她的小孩在活了一些時日後，也跟隨母親的腳步而去。

伏爾泰對埃米莉的死悲痛不已；在給普魯士國王腓特烈二世（Frederick II）的信中，他寫到：「我失去了一個認識二十五年的朋友、缺點是身為女人的偉大男人──全巴黎都尊崇與為之哀悼。」雖然從現代性別平等的角度來看，這句話很有問題，卻是十八世紀的伏爾泰，所能給予女性的最高讚美。

回想埃米莉最後的日子，她簡直就像是早已預知自己的死亡，才趕在臨盆前把翻譯完成。但話又說回來，如果她不要那麼拼命，把身體狀況調整好，是否可能捱過難產、並在日後繼續完成翻譯工作呢？永遠都沒有人知道了⋯⋯

《自然哲學的數學原理》的出版

埃米莉去世十年後，克萊羅將她的《自然哲學的數學原理》法文譯本出版，由伏爾泰撰寫前言。翻譯分成兩冊：第一冊包含原《自然哲學的數學原理》前兩本內容，埃米莉在後面也加上目錄，解釋書內物理概念和詞彙的定義，並標註書中位置；第二冊即原《自然哲學的數學原理》第三本──考慮到大多數人可能無法理解箇中深奧，埃米莉還附上自己長達286頁的譯註，以及關於數學的附錄。

埃米莉的譯註，完全可以當作是《自然哲學的數學原理》閱讀手冊；她用清晰的文字補充說明內容，並旁徵博引，引述牛頓及其他科學家的話、提及當代學者的研究成果，以作為牛頓理論的印證；除此之外，埃米莉也述說天文學歷史上的重要發現，像是哥白尼太陽系模型、克卜勒行星運動定律等等。

埃米莉的《自然哲學的數學原理》翻譯，是至今為止唯一一本完整法文譯本，也是公認的標準版本。她的翻譯促進牛頓學說在歐洲的擴散與研究、幫助同時代的人理解牛頓的物理理論，也象徵了十八世紀女性在科學與數學上的最高成就。若沒有對數學的專精知識，與對牛頓哲學的深入理解，絕對無法適切翻譯這本科學史上最重要的論著──光憑這一點，當時的許多男性學者都不可能做到。

奔放不羈的科學傳播者

埃米莉生前不但被選為義大利波隆那科學院（Academy of Sciences of the Institute of Bologna）的成員，也是十八世紀極少數的女性科學家。她不到四十三歲便去世，不只是歐洲科學界的損失，也是全體人類的損失。

埃米莉長得高挑、漂亮，海洋般的綠色眼珠搭配較深的膚色，聰明高雅又熱情，多才多藝，在科學、歌劇、戲劇上都有所長，毫無疑問會是社交場合目光的焦點、討人喜愛。另一方面，她率情、率性、奔放不羈又自負，喜歡穿著裝飾華麗的禮服、展露身上昂貴的鑽石，生活花費龐大，常因為債務而必須跟伏爾泰借錢。她不是溫柔婉約的女性，當時的貴族文化更讓她不會犧牲奉獻當什麼慈母；其一生最大的成就，是在被男性佔據的科學界爭得一席之地。即使到現在，也很少科學界的女性像埃米莉那樣，生活充滿了鮮明對比。

埃米莉沒有開創新的科學理論，但是促進了科學的發展；她生來為愛、為被愛、願意為愛犧牲一切，而她最後確實也為喜愛的科學，工作到最後一刻，並在她的愛人陪伴下離開世界。時至今日，我們仍然可以在呂內維爾的聖－雅克教堂（The Church Saint-Jacques）入口旁，看到她的灰色大理石墓碑，寫著：加布里埃勒．埃米莉．勒托內利耶．德布勒特伊，沙特萊侯爵夫人⋯⋯科學與哲學的女性。

參考資料

• Rachel Swaby (2015), Headstrong: 52 Women Who Changed Science-and the World, Broadway Books.
• Sarah Hutton, Emilie du Châtelet’s Institutions de physique as a document in the history of French Newtonianism, Stud. Hist. Phil. Sci. 35, 515 (2004).
• Katherine Brading (2018), Émilie Du Châtelet and the Foundations of Physical Science, Routledge.
• Dora E. Musielak, The Marquise du Châtelet: A Controversial Woman of Science, arXiv:1406.7401 [math.HO].
• Robyn Arianrhod (2012), Seduced by Logic: Émilie Du Châtelet, Mary Somerville and the Newtonian Revolution, Oxford University Press.
• Ian Davidson (2012), Voltaire: A Life, Pegasus Books.
• George E. Smith, The vis viva dispute: A controversy at the dawn of dynamics, Physics Today 59, 10, 31 (2006).

註釋

• [1] 皮埃爾．路易．莫佩爾蒂（Pierre Louis Moreau de Maupertuis，1698-1759）是法國數學家和哲學家，最知名的成就為提出物理學的最小作用量原理。
• [2] 亞歷克西斯．克勞德．克萊羅（Alexis Claude Clairault，1713-1765）是法國的數學家和地球物理學家，最知名的成就為其關於地球幾何形狀的數學定理。
• [3] 李昂哈德．歐拉（Leonhard Euler，1707-1783）是出生於瑞士的數學家，近代數學的先驅，在諸多數學和物理領域都有傑出貢獻。
• [4] 哥特佛萊德．威廉．萊布尼茲（Gottfried Wilhelm Leibniz，1646-1716），德國數學家與科學家，最知名的工作為發展出微積分概念。
• [5] 勒內．笛卡兒（René Descartes，1596-1650），法國哲學家與科學家，也是首位強調運用理性發展自然科學的思想家，留有名言「我思故我在」，對數學的解析幾何做出重要貢獻。
• [6] 事實上，當時還沒有「質量」的完整概念。笛卡兒本人用的詞彙是物體的「大小」。
• [7] 呂內維爾（Lunéville）位於法國東部，是默爾特－摩澤爾省（Meurthe-et-Moselle  department）的一個市鎮。

文／胡佳伶｜任職於臺北市立天文科學教育館

編按：新海誠的動畫電影《你的名字》中那顆關鍵的彗星，緊緊牽動著整部片的劇情發展。人類對於彗星的觀察與想像，很早就出現在中外古代的史書記載中，直到今天我們仍然對於這個拖著長長尾巴的星體有許多好奇。在這篇文章中，我們將從歷史、來源和結構帶你重新認識彗星。

大家常說天文愛好者有四個畢生一定得要看到的天文奇觀：日全食、流星雨、極光、大彗星，不知道您親眼目睹了幾個？

彗星的歷史

古時不論中外，彗星皆被當作不祥之物，認為它預兆著天災人禍，這從中國古代對彗星的其它稱呼：孛星、星孛、妖星、異星、蓬星、長星……便不難看出。中國對於彗星的歷史紀錄悠久而詳細，在《准南子．兵馬訓》一書中「武王伐紂……彗星出，而受成殷人以柄。」便記載著公元前十一世紀的一次彗星天象；《春秋》魯文公十四年「秋七月，有星孛入於北斗。」是有確切年代可考的最早記載，更是世界上關於哈雷彗星的最早史料（西元前 613 年）；《晉書·天文志》「彗星所謂掃星，本類星，末類彗，小者數寸，長或經天。彗星本無光，傅日而為光，故夕見則東指，晨見則西指。在日南北皆隨日光而指，頓挫其芒，或長或短。」則是首次對彗星的性質、型態和彗尾的成因有了比較詳細且正確的描述。

古人對於彗星之戒慎，更可以從長沙馬王堆三號所出土的西漢古墓帛書看出，內有 29 幅各種彗星形態，記錄了古代所觀測到各種不同形狀的彗核與彗尾。

西方對彗星本質的解釋，始於亞里斯多德的 宇宙論，他認為彗星是種大氣現象。1543 年哥白尼（Nicolas Copernicus）出版《天體運行論》提出日心說，卻也未對彗星提出新見解。直到 16 世紀末期，麥可．麥斯特林（Michael Maestlin）及第谷．布拉罕觀測 1577 年出現的大彗星時，才首次注意到彗星在天空移動的角速度要比月亮還要慢上許多，證明彗星距離比月球還來得遠，也就是說彗星並非屬於亞里斯多德主張的地球領域，而是在以太構成的天域之中。

西方歷史中，彗星與災難的連結也不遑多讓。 著名的貝葉掛毯記載著西元 1066 年，英格蘭國王哈勒德二世被告知哈雷彗星的出現，預兆黑斯廷斯戰役諾曼征服英格蘭。即使到了現代，彗星仍常被部份媒體或宗教渲染成災難和世界末日的徵兆， 1998 年海爾波普彗星接近地球，天文迷雀躍歡騰之際，卻有美國加州天堂之門教派 39 名教徒集體自殺。但其實每年前來拜訪地球的彗星有數十顆之多，只要對這太陽系天體稍有了解，應該會覺得能遇到大彗星造訪這樣難得的天象， 並非災難，而是件幸運的盛事！

說文解字

彗星之名，其來有自，不論中西皆然。「彗」的本意就是帚，在《說文》中便記載著：「彗，埽竹也。」在甲骨文中，是象形字，象徵掃帚之形。在篆文中，為會意字，上方的是指細枝茂盛的草，下方的則是手持的意思，其造字的本意是用一種細枝茂盛的乾草紮成的掃帚，這也就是為什麼彗星俗稱為「掃把星」或「掃帚星」了！

西方語言中的「彗星」一詞（如英語：comet；法語：comète；德語：Komet）， 源自拉丁文的 cometes，這是拉丁化的希臘文 κομήτης（komētēs），意為「長髮」，而κόμη（komē）這個字的本意就是頭髮的意思。希臘哲學家亞里斯多德是第一位使用κόμη/κομήτης 這個字，來形容他看見的「長頭髮的星星」。彗星的天文學符號，也清楚地描繪了它的外觀，由小圓盤象徵彗核，和三個突起的短線段象徵彗尾。

彗星的來源與分類

彗星是太陽系形成之初所遺留下來的小天體。約 46 億年前，一團巨大的分子雲因重力坍縮，中央溫度升高達數百萬度，點燃核融合反應形成原恆星，周圍雲氣因自轉在赤道方向形成環星盤。環星盤中距太陽越近溫度越高，熔點較高的物質逐漸聚集形成了類地行星。距太陽越遠溫度越低，氣體的逃脫速度較慢，外圍行星核心周圍包覆了熔點較低的物質，核心重力吸附原始雲氣中最豐富的氫和氦，形成外圍巨大的類木行星。環星盤最外圍溫度已低至水的熔點以下，物質密度相當低，不足以形成行星，這些剩餘的岩石、冰塊組成的太陽系小天體，形成環帶狀分布，稱為古柏帶（Kuiper Belt）。在太陽系形成早期，環星盤中眾多小天體，可能因受到大行星的重力彈射，被拋向太陽系外圍，形成球狀分布的歐特雲（Oort Cloud）。

歐特雲的概念是 1950 年由荷蘭天文學家 Jan Oort 所提出，可能有 1000 億到 2 兆個冰體組成的彗星核，以球殼狀分布在距離太陽 5,000 至 100,000 天文單位處。有時當巨大的分子雲或恆星經過太陽系附近， 或是與銀河盤面的潮汐作用，會使歐特雲外圍天 體受到擾動進入太陽系內部，形成所謂的長週期彗星。這些彗星有著極為狹長的橢圓軌道，要好幾千年到好幾億年才能繞行太陽一圈，且軌道面非常凌亂，平均散落在各個方向，這一類的彗星軌道也可能是雙曲線或是拋物線，終其一生只造訪內太陽系一次。2004 年發現的「賽德娜」（Sedna）， 週期長達 10,500 年，軌道非常橢圓，近日點和遠日點分別是 76 和 1,000 天文單位，極有可能是來自於歐特雲內側的天體。

週期短於 200 年的短週期彗星，軌道傾角幾乎都集中在黃道面 30 度內，它們來自於約 30-55 天文單位處，海王星外圍呈環狀分布的古柏帶，因受重力擾動進入內太陽系，預測有數十萬個大於 100 公里的冰質天體及上兆個小彗核散布此處。

大部分的彗星都以安全的距離通過太陽附近，像是哈雷彗星與太陽的最近距離就有 8 千 9 百萬公里，但有些彗星的近日點非常接近太陽，可能近至只有數千公里，這類的彗星被稱為「掠日彗星」（sungrazing comet）。在太陽強大的潮汐力影響下，小彗星可能蒸發殆盡，大彗星也難逃粉身碎骨的命運。軌道類似的掠日彗星，可能源自於一顆大彗星母體。德國天文學家克魯茲首度注意到 1843 年、1880 年及 1882 年的掠日彗星共通點，指出這些彗星可能來自於 1066 年解體的一顆大彗星碎片，稱為「克魯茲族彗星」（Kreutz Sungrazers）。1965 年明亮的池谷．關彗星，和  2011 年掀起許多驚呼的 Lovejoy（C/2011 W3）彗星，也都是克魯茲族彗星成員。

2013 年 11 月 28 日通過近日點的C/2012 S1 ISON 彗星，與太陽表面的距離僅 110 萬公里，天文學家莫不希望它能像 Lovejoy 彗星（其近日點距離據太陽表面約 14 萬公里）一樣，能順利在通過近日點後存活，成為耀眼明亮的大彗星！自 SOHO 太陽觀測衛星（Solar and Heliospheric Observatory） 升空以後，業餘天文愛好者靠著檢查 SOHO 的影像，在電腦前就能發現掠日彗星，臺灣的蔡元生先生就曾在 2004 年及 2005 年分別發現兩顆 SOHO 彗星呢！

彗星不僅保存了 46 億年前太陽系形成的早期歷史，它所攜帶的水冰和有機物極有可能為早期的地球帶來生命的起源，因此彗星的研究是行星科學中相當重要的課題。

彗星的結構

彗星的結構主要可以分為三部分：彗核、 彗髮、彗尾。

彗核是彗星遠離太陽時，唯一存在的部分，這個小小的冰凍核心，大小從幾百公尺到幾十公里不等，目前紀錄上最大的彗核，是約四十幾公里的海爾‧波普彗星。1950 年 Whipple 提出的「髒雪球模型」（Dirty Snowball Model），認為彗核主要是由冰雪（水、一氧化碳、二氧化碳、氨、甲烷）和灰塵（矽化物、金屬）組成，此外彗核蘊藏著許多有機物，如甲醇、氰化氫、甲醛、乙醇、乙烷等，還有許多複雜分子，如長鏈狀的碳水化合物及胺基酸存在。彗核反照率非常低，約只有 0.04 左右，可以說是太陽系內最黑暗的天體，接近太陽時彗核表面溫度升高，易揮發的物質昇華噴發產生噴流，因此不易直接觀察，目前只有數艘太空船曾近距離觀察彗核。其本身的重力並不足以使之形成球狀，因此大部分都呈現和小行星一樣的不規則形。近距離觀察彗星發現，表面是岩石及塵埃所覆蓋的薄殼，大部分的冰可能都藏在彗核內部。

當彗星接近太陽到約 5 天文單位，太陽 的熱使彗核的冰昇華為氣體，形成一團包覆在外圍的球形大氣層，稱為彗髮，彗髮會隨彗星接近太陽變得越來越大，直徑可達數十萬到數百萬公里。彗髮包含了中性分子及灰塵，彗核中的氣體母分子（CH₄、 CO₂、NH₂、H₂O）接近太陽時被釋放出 來，生命週期短暫不易觀測，這些母分子 因光解離作用產生第二代和第三代的分子 （CN、C₂、C₃、CH₃、NH₃、OH），生命週期長達數十萬到數百萬秒。圍繞在彗髮外圍，還有由氫原子雲氣所形成的龐大 包層（hydrogen envelope，halo），由於氫 原子輕、擴散速度快，其大小可達到數千萬公里，其波長為 Lyman-alpha 譜線的 1216 Å，僅太空望遠鏡的紫外波段影像可見。

太陽光的輻射壓和高速太陽風粒子， 將彗髮的物質吹向背對太陽的方向，形成 長長的彗尾，這也是彗星最迷人的部分。 彗星的彗尾有兩種，一種是塵埃尾（dust tail），一種是離子尾（ion tail），這兩種彗尾的外觀、成分和形成原因都不太一樣。

黃白色的塵埃尾瀰散而彎曲。富含塵埃的彗星產生各種不同大小的塵埃，塵埃受太陽重力與太陽光壓影響，由於萬有引力正比於質量（～體積，塵埃半徑的三次方），輻射光壓正比於截面積（塵埃半徑的平方），因此越大的塵埃其向內的萬有引力大幅抵銷了向外的輻射光壓，越小的塵埃所受萬有引力較小，所以受到向外的淨力反而較大（如下圖），被推向較外圍；且根據克卜勒第三運動定律，距離太陽愈遠，塵埃運動速度也越慢，因此塵埃尾常呈扇形而瀰散，當彗星接近太陽時，扇形角度甚至 可超過 90 度。塵埃尾大致上背離太陽，但隨著彗星前進， 塵埃會被留在軌道後方，因此塵埃尾會彎向軌道前進的反方向。塵埃顆粒因反射和散射太陽光呈現黃白色，另外也受太陽光加熱發出紅外線，其長度可達 106 -107 公里。

藍色的離子尾狹長而筆直，方向則永遠背向太陽。 離子尾的成因是彗髮的中性物質經過太陽風的光解離游 離作用，形成離子態的 H₂O⁺ 、CO⁺ 、N₂⁺ 、CO₂⁺ 、OH⁺ ， 這些離子和電子共存呈電漿狀態，因此也被稱為電漿尾（plasma tail），長度可達 107-108 公里。離子尾在可見 光主要的發光物質是波長約 4273 Å 的 CO⁺ ，這也是離子尾常呈藍色的原因。離子尾指向沿太陽磁力線方向背離 太陽，與軌道方向無關。太陽的劇烈活動如日冕物質噴發，在太陽風磁場拉扯下，有時會造成離子尾的分叉、 斷裂、再生等現象。

有時彗星的塵埃尾看起來反而朝向太陽，稱為「逆尾」（anti-tail）。彗星較大且重的塵埃，比較不受太陽輻射光壓影響被推向背離太陽，反而留在軌道後方。若 地球通過彗星軌道平面附近，因地球視角產生的幾何投影效應，塵埃尾看起來便朝向太陽。有時候彗核表殼破裂，物質從縫隙向外噴發形成的噴流，恰巧在向著太陽 的那一面，也會形成真正的逆尾。歷史上曾出現明顯逆尾的彗星包括 1957 年的 Arend-Roland 彗星、2007 年的海爾波普彗星（C/1995 O1 Hale-Bopp）、2009 年的鹿林彗星 （C/2007 N3 Lulin），以及 2013 年的泛星彗星（C/2011 L4 PANSTARRS）。

彗星留在軌道上的塵埃，還會帶來另一場驚喜！當地球通過彗星軌道附近，軌道上的殘骸受地球重力影響，短時間內大量掉落地球大氣層，就會形成流星雨，若正逢母彗星回歸後幾年內，流星雨有可能特別壯觀。造成獅子座流星雨的母彗星是週期 33 年的 55P/Tempel-Tuttle， 1998 年的回歸就造成了之後數年的獅子座流星雨大爆發，相信大家對於 2001 年 ZHR 值達數千顆的獅子座流星雨都還印象深刻。

彗星的命名

彗星是極少數可以用發現者名字命名的天體（小行星的命名權雖然屬於發現者，但卻不能以發現者的名字命名），臺 灣第一顆發現且命名的彗星是在 2009 年來訪的 C/2007 N3 Lulin 鹿林彗星，由中央大學鹿林天文台所發現。天文愛好者若在夜空中發現可疑的模糊天體，必須確認並非其他的可能性（如亮星的鬼影、昏暗的星群等），並以第二台觀測儀器確認，將所見到的影像每隔 15 分鐘或半小時記錄下來，確認其是否有在背景星空中移動，另外可以使用CBAT（中央天文電報局， Central Bureau for Astronomical Telegrams）的彗星辨認程式（comet-identification program）確認觀測天區是否有任何已知的小行星或彗星，如果可能的話，請有經驗的彗星觀測者協助確認，便可以將詳細的觀測記錄通報 CBAT。

在有系統性的命名規則之前，彗星的命名有幾種不同的原則。像是二十世紀前，大部分的彗星僅簡單地以出現的年份或加上月份為名，像是 「1680 年大彗星」（C/1680 V1，Kirch’s Comet）、 「1882 年 9 月大彗星」（C/1882 R1，great September comet of 1882）、和「1910 年白晝大彗星、1910 年 1 月大彗星」（daylight comet of 1910、Great January Come t of 1910）等等。而在哈雷計算出 1531、 1607、1682 年造訪的彗星其實是同一個天體，並成功預測它在 1759 年的回歸之後，這顆彗星就被命名為「哈雷彗星」（Halley），第二顆和第三顆被確認的週期彗星——恩克彗星（Encke）和比拉彗星 （Biela），也同樣是以計算出軌道的天文學家，而非當初的發現者命名。

至二十世紀早期，以發現者名字為彗星命名已非常普遍，直至今日皆然，彗星名稱至多可以有三位獨立發現者的名字，像是海爾波普彗星（C/1995 O1 Hale-Bopp）就是以兩位獨立發現者 Alan Hale 與 Thomas Bopp 來命名，另外以著名的彗星獵人麥克諾特（Robert H. McNaught）命名的彗星就已經超過 50 顆。近年來，許多彗星是由天文計畫或大型儀器所發現，便會以之命名，像是 PanSTARRS 彗星是由泛星計畫（Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System，Pan-STARRS）發現。

1995 年以前，除了以發現者的姓名為彗星命名之外，另外也會以發現的西元年份，加上代表當年發現順序的小寫英文字母，給予彗星暫時性名稱，像是 1969i Bennett 彗星，就是 1969 年第九顆被發現的彗星。一旦軌道確定之後，則會以通過近日點的年份和代表順序的羅馬數字給予彗星永久名稱，像是 Bennett 彗星是 1970 年第二顆通過近日點的彗星，因此它的永久命名是 1970 II。如果一 年裡被發現的彗星不只 26 顆，這時便會在英文字母後面加上阿拉伯數字繼續編號，像是在 1989 年 的彗星編號就達 1989h1 之多。

但這套命名系統存在著一些缺陷，像是歷史上 的彗星由於缺乏軌道元素而在永久命名上會有些困擾，於是 1994 年 8 月 24 日於荷蘭海牙舉行的國際天文聯合會（IAU）大會中，決議修改舊有的彗星命 名規則，並自 1995 年開始使用新的彗星命名規則。 彗星在一年中以每半個月為單位使用英文大寫字母 表示被發現的時間，略過字母 I 和 Z（詳下表）：

再加上數字表示該時段內被宣布發現的順序（這和小行星的命名規則雷同）。因此像是 C/2012 S1 ISON 彗星就是在 2012 年 9 月下半月第一顆被發現的彗星。另外還會依彗星的性質在名字加上前綴標示如下：

如果彗星被觀測到回歸，或是經由觀測通過 遠日點確定其週期性，則會在 P/ 或 D/ 前冠上一個由國際天文聯合會小行星中心（MPC）所指定的官 方序號，例如 1P/1682 Q1 為哈雷彗星、3D/1832 S1 為比拉彗星。如果彗星分裂成好幾個碎片，則在名字後面加上 -A, -B,… 來區分每個碎核。

本文轉載自台北市立天文館期刊《臺北星空》第 61 期，2013 年秋季號，點此看線上 pdf。