世紀大彗星像夢想一樣說碎就碎了?C/2019 Y4彗星的發現與黯淡

  • 洪景川/臺北市立天文科學教育館視聽組研究助理退休,現任臺北市文山與士林社大天文課程講師。

急速增光的 C∕2019 Y4 彗星在飛向太陽前,出現了彗核裂解的突發現象。再次應證了「彗星是不穩定而且不可預測的」?

C∕2019 Y4,或稱 ATLAS、撞地警報彗星,是一顆軌道近似拋物線、離心率為 0.99871621 的彗星,由「小行星陸地撞擊最後警報系統(Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System, ATLAS)」在去(2019)年 12 月 28 日的自動巡天觀測時所發現。

它曾經是今(2020)年截至今日最亮的彗星,總光度在 3 月底時視星等約為 7 等,到 4 月中旬卻已降到僅 9 等左右,光度比最亮時暗 6 倍多,甚至比同在夜空中的 C∕2017 T2(PanSTARRS)、C∕2019 Y1(ATLAS)和 C∕2020 F8(SWAN)等彗星還要暗淡。為何如此?原來這顆彗星在 4 月 2 日左右,經歷一次重大的分裂解體事件。

4 月中旬時,人們尚可使用望遠鏡在鹿豹座(Camelopardalis)中找到它,貌似光線瀰散的天體。由於可能剛經歷彗核解體事件,因此這顆彗星是否能夠繼續增亮,尚屬未知數。但是天文學家原先預估它將在 4 或 5 月時達到肉眼能見到的亮度,似乎已不可能達成。

彗星的發現過程和亮度變化

2019 年 12 月 28 日,它從位於夏威夷茂納羅亞(Mauna Loa)火山頂上 0.5 米口徑的賴特-施密特式望遠鏡(f∕2 Wright-Schmidt Telescope)所拍攝的影像中被發現。當時此彗星位於大熊星座中,以視星等 19.6 等的亮度發光。丹諾(Larry Denneau)是第一個辨識出這顆彗星的人,並立刻將其通報到小行星中心(Minor Planet Center, MPC)的網頁上,以便向其他天文學家發出警示。隨後幾天的進一步觀察中,發現它出現彗髮。持續觀察追蹤,又發現彗尾變得越來越明顯。

2 月初到 3 月底間,亮度從 17 等激增至 8 等,增加近 4000 倍。單單在 3 月份,光度就增加 4 個星等。彗髮淡綠色的外觀是由雙原子碳 C2 的發射所產生的,估算它具有約 330 萬公里長的多色彗尾,雖然外側當時仍很黯淡,但是氣態狀的細絲結構可以掃過背景恆星的前方,觀察起來狀似一個瀰散的天體。不料在 4 月初時,發生重大的彗核分裂或破碎事件,C∕2019 Y4 突然變暗。

C∕2019 Y4 彗星是中央大學鹿林天文台 SLT 40 公分(cm)望遠鏡長期監測的目標之一。組圖可看出彗星從 2020 年 3 月 19 日到 4 月 9 日之間的亮度變化戲劇性過程。原本持續增亮的彗星於 3 月 29 日時開始變暗。(林忠義影像提供;林啟生、蕭翔耀、侯偉傑觀測)

彗星的軌道與位置

在它剛剛被發現時,距離太陽約 3 個天文單位。基於先前的觀測結果,推斷它具有約 4400 年的軌道週期和 0.25 AU 的近日點距離。經計算比對發現,C∕2019 Y4 和歷史上的 C∕1844 Y1 彗星(又稱1844年大彗星)竟然具有十分相似的軌道元素,表示 C∕2019 Y4 和 C∕1844 Y1 可能是同一母體彗星的碎片。

NASA 噴射推進實驗室小天體資料庫(JPL Small-Body Database, SBDB)使用 2020 年 2 月 18 日曆元為基礎來計算,顯示 C∕2019 Y4 的軌道週期約為 6000 年,但該計算包括在行星區域內的誤導性擾動。在彗星進入行星區域之前,一種更合理的重心計算顯示「飛入軌道週期」應約為 4800 年。預計於 2020 年 5 月 31 日到達近日點,之後離開行星區域,「飛離軌道週期」約為 5200 年。

在 2020 年 1~3 月期間,C∕2019 Y4 位於大熊星座(Ursa Major)方向;4 月份時則位於鹿豹座中;預計在 5 月 12 日之後將進入英仙星座(Perseus)。5 月 23 日時逢朔,屆時與太陽離角達 17 度時,將通過近地點。在 5 月 31 日通過近日點時,它將位於金牛座(Taurus)的方向,與太陽離角減為 12 度。

彗核的分裂與可能解體?

據馬里蘭大學(University of Maryland)天文學家葉泉志和加州理工學院(California Institute of Technology)張啟成使用拉帕爾馬島(La Palma)上的利物浦2米望遠鏡(Liverpool)對 C∕2019 Y4 進行一系列的觀測,顯示原先的點狀彗星假核(pseudo-nucleus)已演化出細長形的彗星假核,長度約為 3 角秒,並且與彗尾的軸線方向一致。

這種變化形態與彗星塵埃噴出量突然下降,甚至跡近停止噴發的現象頗為一致。彗核似乎已分裂成兩塊,前方較尖的一塊與隨後截面積較寬的第二塊之間出現了間隙,因此推論彗核已開始分裂。

使用鹿林天文台的影像觀察到 C / 2019 Y4 彗星兩個碎片的詳細報告。(林忠義影像提供;林啟生、蕭翔耀、侯偉傑觀測)

其實早在 4 月 6 日,幾位天文學家就在《天文學家電報》(The Astronomer’s Telegram)中通報 C∕2019 Y4 可能已經解體的推斷,碎裂的原因可能是釋氣(outgassing)的結果,導致彗星的離心力增加。

此外,塞爾維亞天文學家斯莫里奇(Igor Smolic)和塞庫里奇(Miodrag Sekulic)使用貝爾格勒天文台(Astronomical Observatory of Belgrade)維多耶維卡(Vidojevica)觀測站的米蘭科維奇(Milankovic)1.4 米 f∕5.1 望遠鏡對 C∕2019 Y4 進行攝影,發現彗核已經分裂成至少五塊,光度由 3 月底的 7 等變暗降低至 4 月中旬的 10 等,判斷彗星可能已經解體,並且可能將逐漸消散。

亮與不亮,這是一個好問題

預測一顆彗星是否能成為明亮又彗尾悠長的大彗星是相當困難的,因為有許多因素都會影響彗星的後續表現,致使偏離預測的光度。如果彗星本身擁有一顆龐大而活躍的彗核,且近日點足夠接近太陽,在它光度最亮時沒有被太陽遮掩能從地球觀察,就有機會成為大彗星。

然而歷史上,1973 年的科侯德彗星(Comet Kohoutek,C∕1973 E1)雖然符合前述的所有標準,也曾被預測會成為壯觀的世紀大彗星,但結果並非如此。而 1976 年出現的威斯特彗星(Comet West,C∕1975 V1)彗核曾分裂成四個部分,卻從原先對它期望不高到後來意外地成為令人印象深刻的大彗星。

至 20 世紀末期,有很長的一段時間都沒有出現過大彗星,直到兩顆大彗星接連現身:

  • 1996年的百武第二號彗星(Comet Hyakutake,C∕1996 B2)拖著 120 度長的長彗尾和高達 0 等的光度亮麗現身;繼它之後,海爾─博普彗星(Comet Hale–Bopp,C∕1995 O1)在 1997 年達到最大亮度 -1.4 等,而且還拖出兩條明亮而異色的彗尾。
  • 21 世紀的第一顆大彗星則是麥克諾特彗星(Comet McNaught,C∕2006 P1),於 2007 年 1 月時光度高達到 -5.5 等,並且成為 40 年來最明亮的彗星,呈現出寬廣巨大的扇狀彗尾。

如同前面提及的威斯特彗星,其第一份彗核分裂報告出現於 1976 年 3 月,當時它已分裂成兩個部分。這些彗核碎片在當時是極少數被觀察到彗星發生分裂的案例,之前最顯著的例子是 1882 年大彗星。1882 年大彗星與本文所討論的 C∕2019 Y4,都同屬於「克魯茲族彗星」的成員之一。

近年來,許多克魯茲族彗星都曾被觀察到彗核於通過太陽附近的過程中,發生了分裂。這麼說來,此次令人意外沒能成為世紀大彗星的C∕2019 Y4,彗核分裂甚至面臨解體的結局,應該要算是意料中的事了囉?

感謝鹿林天文台觀測員林啟生、蕭翔耀、侯偉傑的觀測和林忠義博士提供影像。

 

〈本文選自《科學月刊》2020年5月號〉
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