APP 作者|王思亮
審核|董晨暉
編輯|趙經(jīng)遠(yuǎn)
宇航員Matthew Dominick在國際空間站拍攝的紫金山-阿特拉斯彗星和極光。來源：NASA
C/2023 A3（Tsuchinshan-ATLAS）（下文稱為紫金山-阿特拉斯彗星）由紫金山天文臺和ATLAS-Sutherland（小行星撞擊預(yù)警系統(tǒng)薩瑟蘭觀測站）先后于2023年1月9日和2月22日發(fā)現(xiàn)，于今年9月28日通過近日點，并在10月12日通過近地點，成為肉眼可見的明亮彗星，吸引了眾多天文學(xué)家和天文愛好者的目光。
發(fā)現(xiàn)設(shè)備：紫金山天文臺盱眙觀測站1米近地天體望遠(yuǎn)鏡、ATLAS薩瑟蘭觀測站0.5米望遠(yuǎn)鏡。來源：中國科學(xué)院、SAAO
紫金山天文臺（左）和ATLAS（右）的發(fā)現(xiàn)圖像（因為彗星會移動，而這兩次觀測相隔一個多月，所以背景星空有所不同）。來源：紫金山天文臺、ATLAS
彗星的結(jié)構(gòu)
彗星是由塵埃、巖石和冰等物質(zhì)構(gòu)成的不規(guī)則小天體，它們是太陽系形成時留下的殘余物質(zhì)。彗星與小行星相似，事實上，兩者的界限并不十分明確，偶爾會有小行星表現(xiàn)出彗星的特征（如2018年底，6478號小行星Gault出現(xiàn)了一條長長的尾巴），或者彗星不再活動轉(zhuǎn)變成小行星（如雙子座流星雨的母體——3200號小行星Phaethon——據(jù)信就是一個基本不再活動的彗核）。
拖著長長尾巴的6478號小行星，星明天文臺寧波市教育局-新疆天文臺望遠(yuǎn)鏡（NEXT）拍攝。來源：參考資料10
彗星的核心部分稱為彗核，彗核噴出的物質(zhì)形成一個巨大的云團(tuán)，直徑可達(dá)一百萬公里，這就是彗發(fā)，通常呈現(xiàn)綠色。彗發(fā)和彗核合稱彗頭。彗核拋射的物質(zhì)進(jìn)一步形成了彗尾——藍(lán)色的離子尾（又稱氣體尾）和白色的塵埃尾。離子尾中的分子會被陽光分解成帶電的離子，在太陽紫外線的照射下，這些離子會發(fā)出藍(lán)色的光，因此離子尾呈現(xiàn)藍(lán)色；受太陽風(fēng)影響，離子尾指向遠(yuǎn)離太陽的方向。塵埃尾則由不同大小的塵埃顆粒組成，包括硅酸鹽和含碳的有機(jī)分子，受陽光照射呈現(xiàn)黃白色，優(yōu)雅地彎曲在彗核之后。
彗星的結(jié)構(gòu)（圖片來源于ESA）
目前的觀測表明，紫金山-阿特拉斯彗星富含豐富的塵埃，同時碳含量較低，這并不常見。此外，10月9日之后地面的照片顯示它有一條指向太陽的反向彗尾，在10月14日前后一兩天最為明顯。從照片上看，反向彗尾似乎是彗頭向太陽方向延伸出來的，它與常見的彗尾方向相反，這是由于觀測角度所形成的一種特殊現(xiàn)象，簡單說就是從觀測者的角度來看，塵埃尾遠(yuǎn)端的投影恰好朝向太陽的方向，這種獨特的現(xiàn)象通常出現(xiàn)在地球穿過彗星軌道平面的時候。
反向彗尾的成因。來源：wikipedia
彗星的亮度
彗星的亮度通常分為測量彗頭（包括彗核、彗發(fā)）亮度的總星等（m1）和僅測量彗核亮度的核星等（m2），本文所述的亮度均為總星等。彗星的亮度和彗星與太陽的距離、彗星與地球的距離、相位角（相位角是指太陽-彗星-觀測者所成的夾角）、彗核大小以及活躍程度等眾多因素有關(guān)。因為影響因素很多，所以彗星的行為存在很大的不確定性，導(dǎo)致其亮度難以準(zhǔn)確預(yù)測。計算彗星的亮度一般使用公式m1=H0+5lgΔ+2.5 nlgr（該公式未考慮相位角等因素的影響），其中m1為彗頭的亮度，稱為總星等；H0為彗星的絕對星等，絕對星等是假設(shè)彗星與太陽、觀測者均相距1天文單位且相位角為0時的視星等；Δ為彗星與地球距離；n是與彗星活躍程度有關(guān)的系數(shù)，范圍一般在2～12之間，n越大，彗星越活躍，增亮速度越快；r為彗星與太陽的距離。Δ和r可由軌道確定，再結(jié)合多次觀測得到的m1便可計算出H0和n，然后便可推算彗星未來的亮度。根據(jù)天文電報中央局（CBAT）最初的計算，紫金山-阿特拉斯彗星的最大亮度將達(dá)到3等左右，這與彗星過近日點前不考慮相位角等因素作出的亮度預(yù)測（即下表中的基線星等）大致相當(dāng)，可見這顆彗星的表現(xiàn)還算中規(guī)中矩。
紫金山-阿特拉斯彗星過近日點前，天文愛好者Joseph Marcus作出的亮度預(yù)測。來源：參考資料6～7
10月9日下午，紫金山-阿特拉斯彗星的相位角達(dá)到最大。前面說過它富含豐富的塵埃，這樣的彗星會在一種稱為前向散射效應(yīng)（forward scattering）的作用下，看起來更加明亮，因為在高相位角下，塵埃可以向觀測者散射更多的陽光，從而顯著增強(qiáng)彗星的亮度。
彗星的相位角。來源：Sky & Telescope
筆者在9月26日至10月5日期間多次早起觀測，每一次都使用相機(jī)輕松拍攝到了彗星，并在10月3日之后僅憑借肉眼就辨認(rèn)出了這顆閃耀在曙光中的彗星，當(dāng)時它的亮度在1等左右。但這并不意味著它在肉眼看起來的感覺和1等恒星一樣亮，這是因為彗星是彌散天體，1等的亮度是分散在一定的面積上的，不像恒星的亮度聚集在一個點上，因此彗星的觀感一般比相同亮度的恒星要暗。
許多臨時的觀測者由于缺乏觀測經(jīng)驗，再加上曙光或暮光、城市的光污染、低空的云霧和水汽遮擋、大氣消光、大氣透明度等多種因素干擾，往往很難分辨出彗星，甚至?xí)扬w機(jī)航跡云誤認(rèn)為彗星。
截止10月17日的光變曲線。來源：參考資料8
近30年里，能達(dá)到負(fù)星等且地面可觀測的彗星寥寥無幾，平均約十年出現(xiàn)一次。90年代的海爾-波普彗星（C/1995 O1）和百武二號彗星（C/1996 B2）給許多人留下了深刻印象，其中前者達(dá)到了-1等且觀測時間對公眾十分友好，給許多人留下了珍貴的記憶；2007年初麥克諾特彗星（C/2006 P1）最大亮度達(dá)到了-5等，甚至在白天用手擋住太陽就能看到它，但它更利于南半球的觀測者；2011年底的洛夫喬伊彗星（C/2011 W3）是克魯茲族彗星的一員，最大亮度約為-1，但它的觀測條件比較苛刻。
2024年10月9日，紫金山-阿特拉斯彗星達(dá)到了最大亮度，約-3等，一些經(jīng)驗豐富的天文愛好者甚至在白天也觀測到了它的身影。目前看來，紫金山-阿特拉斯彗星已經(jīng)是2007年以來地面能看到的最亮的彗星了。相比之下，四年前大熱的新智彗星（C/2020 F3），最大亮度也只有1等。
觀測彗星
如下圖模擬所示，9月下旬，紫金山-阿特拉斯彗星出現(xiàn)在日出前東方地平線上，并且在9月28日左右達(dá)到最大高度，之后高度降低但亮度繼續(xù)增加，在10月3日之后有多位愛好者報告亮度為1等左右。
9月下旬至10月上旬每天5時，紫金山-阿特拉斯彗星的地平高度，模擬地點為南京（需要注意，不同地點情況有差異）。來源：stellarium
而在10月9日后，彗星出現(xiàn)在日落后西方地平線上，雖然亮度降低，但高度迅速爬升，更適合北半球觀測。如果天氣晴朗無云，通透度好，那么在遠(yuǎn)離城市光污染的地方是有可能裸眼觀察到彗星的。筆者在10月13日日落后便裸眼觀測到了它，其白色的彗尾向上發(fā)散，感受十分震撼。
10月中下旬每天18時30分，紫金山-阿特拉斯彗星的地平高度，模擬地點為南京（需要注意，不同地點情況有差異）。來源：stellarium
如前所述，在10月14日前后，地球?qū)┻^紫金山-阿特拉斯彗星的軌道平面，它的彗尾在這段時間里呈現(xiàn)出奇特的景象。在參考資料9的彗尾模擬中，可以看到這段時間彗尾呈現(xiàn)明顯的彎折。塵埃尾跟在彗星后面，速度稍慢，這意味著有機(jī)會觀測到反向彗尾。這些模擬圖也不禁讓人聯(lián)想到麥克諾特彗星的經(jīng)典“甩尾”照片。
麥克諾特彗星。來源：ESO
要更好地觀測紫金山-阿特拉斯彗星，推薦使用雙筒望遠(yuǎn)鏡目視（帶三腳架），或者帶上相機(jī)拍攝。借助Stellarium等星圖軟件和指南針可以較準(zhǔn)確地判斷彗星的大致位置。有條件的話，可以使用帶有自動尋星裝置的赤道儀來幫助定位。盡管有可能僅用裸眼就能成功觀測到它，但在天光的干擾（特別是10月20日之前月光影響較大）以及天氣（如低空云霧）的影響下，裸眼觀測彗星的可見性存在較大不確定性?？梢韵仍陔p筒中找到彗星，或者用相機(jī)拍攝彗星，然后再嘗試在同一位置裸眼辨認(rèn)，這樣也不會浪費寶貴的觀測時間。由于彗星的形態(tài)、亮度在不斷地變化，甚至每天都不一樣，所以筆者建議有條件的天文愛好者盡可能多找時間和機(jī)會觀測這顆彗星，體會它的美。
2024年10月2日拍攝的紫金山-阿特拉斯彗星。來源：wikipedia
參考資料
1、https://en.wikipedia.org/wiki/C/2023_A3_(Tsuchinshan%E2%80%93ATLAS)
2、https://www.planetary.org/articles/how-to-spot-comet-tsuchinshan-atlas
3、https://www.astropix.com/wp/a-guide-to-comet-c-2023-a3-tsuchinshan-atlas/
4、https://skyandtelescope.org/astronomy-news/anticipating-comet-tsuchinshan-atlas-c-2023-a3/
5、CBET 5228: Comet C/2023 A3 (Tsuchinshan-ATLAS)，Central Bureau for Astronomical Telegrams，http://www.cbat.eps.harvard.edu/iau/cbet/005200/CBET005228.txt
6、Bob King，Comet Tsuchinshan-ATLAS Might Outshine Predictions，Sky & Telescope，https://skyandtelescope.org/astronomy-news/update-comet-tsuchinshan-atlas-might-outshine-predictions/
7、CBET 5445: Comet C/2023 A3 (Tsuchinshan-ATLAS)，Central Bureau for Astronomical Telegrams，http://www.cbat.eps.harvard.edu/iau/cbet/005400/CBET005445.txt
8、C/2023 A3 (Tsuchinshan-ATLAS)，http://astro.vanbuitenen.nl/comet/2023A3
9、Comet tails simulations，HDR astrophotography by Nicolas Lefaudeux，https://hdr-astrophotography.com/comet-tails-simulations/
10、Man-To Hui (許文韜), Yoonyoung Kim, Xing Gao (高興), New active asteroid (6478) Gault, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,September 2019,L143–L148
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