彗星可能是由太阳和行星形成时的那些物质构成的，它们保存在深幽寒冷的空间中，在离开内太阳系非常遥远的地方度过一生的大部分时光。彗星离开我们，可能比冥王星还要远1，000倍，在那样遥远寒冷的地方，它们得以避免靠近太阳时所遭到的高温强热一类破坏。一些偶然进入内太阳系的彗星才把这些保藏的物质输送到地球的附近。

细微的尘埃粒子是彗星物质的主要成分，借助于空间飞船，地球上直接收集、附有新装置的地面望远镜等手段，对它们的研究正在日益开展。不久以后人们将能够解释这种物质的物理和化学性质，并如同辨认出了化石一样，进一步由此阐明太阳系的早期历史。

彗 尾

大多数彗星有两条显著的尾巴，一般都背着太阳扩展。一条是纤维状的，好像随风飘荡的蛛网，完全指向与太阳相反的方向；另一条更加弥漫和朦胧，离开日彗连线显著地弯曲成了一个数百万公里长的大弧。

两种彗尾的光谱揭示了它们外貌不同的内在原因：纤维状彗尾是由带电原子和分子发射光线的，叫做离子彗尾；而模糊弯曲的彗尾，其光谱则与太阳完全相同，显然是由大小约1微米的微粒反射阳光造成的，这种与地球尘埃差不多细小的微粒散布在彗头后面，形成了闪闪发光的尘埃彗尾。

按照惠普尔1950年提出的模型，一颗远离太阳而没有尾巴的彗星像是一个“脏雪球”——一块冰和岩石颗粒的固体混合物。这个核的大小随彗星而不同。哈雷彗星可以作为一个例子，它目前位于土星轨道以外稍远一点的地方，水冰还没有开始蒸发（更挥发性的物质如一氧化碳，在这个距离上已可能蒸发），我们可以直接观测它的核。虽然望远镜还不能直接分辨出核，但彗核反射阳光的数量应该与面积的大小成正比，根据这一事实就可以计算出核的大小，对于哈雷费星，这样测得的直径依表面反照率的不同，变化于1 ~ 6公里的范围内。反照率的大小，目前尚不甚明瞭。

当彗星接近太阳的时候，物质脱离彗核表面，形成包围着彗核的云或彗发，就这样出现了可见的曾头。这一特征常常在木星轨道的附近（5A. u. ）出现，并且随着彗星的靠近而变亮。彗尾出现得最迟，在彗星过近日点前后离开地球最近的时候才变得最亮和最长。哈雷彗星在1985 ~ 1987年之间经过轨道上的这一活跃阶段，其间于1986年2月9日到达近日点，而后离开并一直飞向远日点，直到2024年才到达海王星轨道之外这个离太阳最远的地方。

彗核物质的散失是很不稳定的，彗核表面的活动区域由于彗核的旋转而进入太阳光下，已观察到由这些区域向外发射的物质条纹。活动区域反复暴露在太阳光下，造成彗发的层次结构。惠普尔和塞卡宁利用这种效应测定了许多彗星的自转周期。对于哈雷彗星，这个值是10小时19分钟。

尘埃和气体既然是一同离开彗发的，它们为什么还会形成两条分开的彗尾？柏尔曼证明，作用在组成离子彗尾的非常小的带电质点上的力，主要是行星际磁场和太阳风——一种不断由太阳向外流出的带电质点流；而作用在较大和不带电的尘埃微粒上的力，则主要是引力和阳光的辐射压力。正是在这两类性质不同的力的作用下，两种不同的质点才形成了分离的彗尾。

阳光的辐射压力是很小的。1840年代，白塞尔就曾提出，这种压力对彗尾的形成可能具有重要性。而早在两个世纪之前，开普勒就曾猜测可能存在有一种类似的机制。可惜当时的物理学还不能确定这种力的强度，这一见解也就被搁置起来了。

彗星形状的理论工作，正式开始于白塞尔对哈雷彗星的研究，在上一世纪又由布列基兴大大推动了。1968年，芬生和普罗布斯廷发展了尘埃彗尾的详尽理论，成功地描述了它的许多特征。这一理论把尘埃彗尾看成为许多大小成分各不相同的微粒沿着运动的一组轨道的集合体。

有时可以看到在彗发附近会产生出许多股流光。1976年的威斯待彗星就是一个很壮观的例子，显然，微粒是在很有力的喷发中喷出后形成这种“同步”带的。“同步”一词在这里是强调喷出接近同时的性质。反复的喷发就造成了多股流光的景象。有时，这些流光还形成接近平行的带或“辉纹”。赛卡宁和法莱尔研究了这些辉纹，认为它们不可能产生于彗头，而是产生于平展流光中较外微粒的碎裂，这样造成的小微粒差不多是沿着日彗连线运动的。

脏雪球模型的检验

彗星在接近太阳的时候，彗尾中的尘埃微粒变得温热并发出红外辐射。当彗星到太阳的距离与日地距离差不多时，微粒的温度应该与地球或月球相近。尘埃微粒实际上还要热一些，—是由于这种冰物质相当黑，吸收热量的效率比地球高；再是由于微粒的尺寸较小，向外辐射的效率就低，不能较快地释放热量而降低自己的温度。

尘埃似乎主要是由氧和硅组成的，此外还含有镁和铁。至于碳，究竟有多少是固定在硅酸盐颗粒中，又有多少是在挥发性冰中，现在仍然是一个悬而未决的问题。

核的其余部分又是什么呢？惠普尔模型的一个重要而可靠的证实将是对冰和雪的探测。冰雪的成分应该是大量水冰和少量二氧化碳（CO₂）及一氧化碳（CO），可能还有甲烷（CH₄）和氨（NH₂）。水冰的红外光谱在3微米附近有一个吸收特征。最近有两组天文学家对鲍威尔（Bowell）彗星的光谱进行了研究，发现了存在这种吸收的迹象，但还未获确切的证据。去年，汉内尔在瑟尼斯（Cernis）彗星（1983Ⅰ）的光谱中发现了3微米吸收，这项研究还在继续，令人感慨的是，水冰可能是彗核中最普遍的物质，对它的探测却是意外地困难！

此外，在彗尾中探测到的氢原子，差不多是氧原子的两倍，这也有力地说明它们来源于凝固的水分子，这些水分子是从彗核蒸发后被太阳的紫外光所离解的。

地球周围到处是毛绒绒的彗星尘

造成黄道光和对日照的行星际尘埃，有一部分应该是来源于彗星的。美 – 德空间探测器太阳号（Helios，1975）已经收集了一些这样的微粒并进行了密度测量。它们的密度比水低得多，具有易碎而多绒毛的结构。

格戎和拜勒发现，绒毛最多的微粒其轨道也最偏心（与彗星轨道最接近），因此推断，微粒在离开彗核之初，绒毛是最多的。此后，穆凯和费克提格指出，经过多年以后，太阳光辐射压产生的罗伯逊 – 坡印廷效应会使微粒的轨道变小变圆，而这时微粒也变得比较致密了。

有的行星际尘埃漂浮到地球轨道的附近并闯入地球大气层而变成流星，密集的这种物质会造成流星雨。有的这种物质的轨道很靠近某些彗星的轨道，如哈雷，恩克，杰阿可比尼 – 泽洛（Giacobini-Zinner）彗星都是。显然，从彗核喷出的尘埃和碎片形成了一个可以存在许多年的余迹，当地球与这些余迹相遇时就发生流星雨。

对明亮流星的化学成分已进行过分析，其中非挥发性元素的相对数量与太阳和炭质球粒陨石很接近，也与在恒星中测得的比例相近，这就是“宇宙尘”一词的含义。如所预期，氢一类挥发性元素在尘埃中含量甚微。

多数大流星体在进入大气层时都烧掉了，小的尘埃微粒则缓慢地降落下来，这些微粒在高空中几乎可以原样不动地收集到。布朗里从1970年代开始，进行了最成功的尝试。他以美国国家宇航局在加利福尼亚的阿麦斯研究中心为基地，使用改进了的U-2和WB-57飞机，每次飞行都在约18公里的高空中用暴露在气流中的油盘，捕捉到了少量所谓布朗里微粒。这些微粒多数是氧化铝球体，可能是火箭消耗的固体燃料的残渣；其余则似乎是宇宙尘，因为它们有着与太阳和炭质球粒相同的元素丰度，只有钙似乎少于通常的宇宙丰度。

这些微粒的化学成分是它们原始性的有力证据，也就是说，它们起源于地球之外，没有经历过行星所经历的演化过程。另一个有力的证据是对由太阳风注入的氦的探测，其数量与在月岩表层中测得的相近。

许多布朗里微粒极可能是彗星尘，这个论点获得彗星与流星雨关系的支持。行星际微粒由于太阳辐射压力的长期作用，会沿螺旋轨道最终落进太阳，因此内太阳系的尘埃必须获得不断的补充，彗星就是一个可能的来源。

在电子显微镜照片上，大多数布朗里微粒显示出是更小颗粒的不规则的、脆弱的聚合体，整体看去像一串葡萄，这些小颗粒很可能是从太阳星云直接凝聚出来的。它们由各种硅酸盐和少量其他物质组成。一种有趣的可能性是，颗粒间的空隙曾经被彗星冰物质所充满。最近还发现有些微粒包裹着成分尚不清楚的有机物（这里有机一词的含义是成分中含有碳，并不意味着生命的起源）。

炭质球粒的年龄为45亿年，是太阳系中已知最古老的物体。相形之下，地球岩石就年轻得多（已知最古老的为40亿年），而且还没有确定了形成年代的标本残留下来。已知最古老月岩的年龄约42年。布朗里微粒的年龄虽然尚未直接测定，它们至少与炭质球粒一样古老，而且可能还要原始一些。它们十分可能是太阳系中最初固物体质的残余物。

哈雷彗星

哈雷彗星在1986年的出现，给天文学家带来了探测宇宙尘的好机会。由于它很明亮，轨道又测定得十分准确，无论地面观测或飞船探测，都能在事先做出周密的安排。

欧洲空间局发起了乔陶（Giotto）发射。该计划得名于中世纪画家乔陶，据信这位画家在意大利帕度亚的阿瑞那教堂里所作的壁画中，把1301年回归的哈雷彗星画成了伯利恒（Bethlehem——耶稣降生地）之星。这肢飞船预定在1986年3月13日从距彗核不到1，000公里的地方高速飞过，它增加的装置有一架照相机，两台尘埃分析仪和一台用来研究尘埃在四个波长上的散射光线的光偏振计。

在质谱仪中，微粒预计以接近每秒70公里的速度碰撞靶子（子弹的速度通常小于每秒1公里），微粒在碰撞中蒸发并电离，产生带电原子和分子，这可由它们在仪器磁场中行进时路径的弯曲加以辨别。另一个碰撞探测系统使用传声器记录微粒的碰撞，估计出碰撞速率和微粒的密度。

乔陶号飞船将穿越彗发的稠密部分，有可能在尘埃的碰撞下遭到破坏。为了迫近观测彗核，选择这条危险的轨道仍然是值得的。在最坏的情形下，损失的也只是在后半行程上可能获得的信息。

测量某些同位素的比率也是很有意义的。例如碳12与碳13之比，在地球上比在星际气体中为大，在彗星中可能还要大些。由于彗星可能形成于45亿年以前，测定宇宙尘中这类同位素的比率，就有助于了解太阳形成过程中发生的物理化学过程。

同位素锂6与锂7的丰度比反映更早期的情况。它取决于大爆炸开始几分钟内发生的事件，也与恒星内部发生的一系列元素演化有关。测定原始彗星尘中的这个比率，将有助于揭开宇宙演化初期的奥秘。

苏联计划发射维加号飞船，“维加”（Bera）这一名称取自飞船的两个目标——金星（Beнeра）和哈雷彗星（Галлея）俄文名字的前两个字母。飞船载有尘埃质谱仪和法国科学家设计的红外分光计。后一仪器用于测量内层彗发中的尘埃和分子，这在地球上是探测不到的。分子在这里还没有被阳光离解，应该保持刚离开彗核时的性状。

星际尘埃

星际空间中也含有类似于彗星尘的尘埃，比如它们的光谱在10微米和18微米处都有硅酸盐造成的小峰值。许多区域中都发现了这些微粒，在新近有恒星形成的那些区域中更多。彗星或许就是在这些区域中由这种尘埃结合形成的。不同区域中的尘埃之间是否存在某种关联尚不清楚，不过它们之间的任何联系都应能说明它们在星际介质中以及恒星与行星形成过程中所起的作用。

在许多关于太阳系起源的假说中，理论工作者描绘出了一幅太阳系早期阶段的图像：炽热气体包裹着原太阳，其中可能包含有来自星际介质的尘埃；随着气体的冷却，硅酸盐和其他矿物微粒凝聚成为第二代尘埃；而后这些固体物质吸积成为内太阳系的行星。虽然我们还不知道第二代尘埃中是否其的包含有以前飘移到太阳系中来的星际尘埃，然而这些问题已经激起了科学家们研究彗星尘化学和物理性质的热情。

[Sky and Telescope，1984年9月]