科学家对彗星和木星相撞有哪些研究？

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苏梅克-利维9号彗星(S-L9)1994年7月撞击木星南半球后，几个月以来人们一直在关注着木星上的撞击点。在浩瀚的资料中令天文学家最感兴趣的是碰撞后抛出的残骸构成的羽状物，以及在撞击点上空形成的暗云。

苏梅克-利维9号彗星，被木星强大的潮汐力肢解成21块碎片后，经过2年零9天，终于命断天涯。它撞向木星的速度是每小时21万千米，撞击的总能量相当于4×1013吨TNT爆炸能量。这是发生在1994年的重大事件，被我国列入彗木大相撞观察研究计划。

最近天文学家正在对暗云的大小和羽状物的高度进行测定，试图将每次撞击的单独事件的时序整理出来。他们希望通过这些资料了解彗星的碎块有多大，碎块隐人木星大气有多深，以及在撞击位置之上所看到的暗云是什么颜色；这些情报不仅会使天文学家掌握彗星本身的大量情况，还能了解木星大气及其对彗星撞击的反应。

“伽利略”探测器可能会提供了解这些碰撞的线索，因为它是彗木相撞时唯一位于木星背向地球一侧，能直接拍摄撞击场面的天文台。今年12月，“伽利略”将与木星交会，去年7月S-L9撞击木星期间它距木星尚有1.6天文单位之遥。

地面天文台和哈勃空间望远镜获得图像和资料后几乎立刻就可以输入到计算机网络，而“伽利略”的资料却要花好几个月才能到天文学家手上。这是因为航天器上用于通讯的高增益天线坏了，“伽利略”不得不把资料储存起来，通过低增益天线以每秒10比特的速度一点一点地送回地球。如此缓慢的传递速度使天文学家无法在“伽利略”接近木星前了解整个碰撞过程，然而由于它占据着极佳的观测角度，使人们不得不对它刮目相看。

“伽利略”送回的第一批资料是由照相偏振测量辐射计获得的，照相偏振测量辐射计是用来测量被木星大气层发射或反射光的亮度的。它观测了彗星碎块B，H，L和G的碰撞：B很小，没有产生明显的结果，H，L的碰撞颇为壮观，G造成的木星痕迹最为显著。每次碰撞时所探测到闪光的细节提供了这些进入木星大气碎块的情况。

在H和I碰撞期间，照相偏振测量辐射计捕获到一次强度迅速增大的闪光，极大亮度达到木星总亮度的3％一5％，持续了10～15秒钟。Q碰撞与众不同，很短暂，不像H和L开始那样亮，衰弱的相当迅速。

一些天文学家推测，闪光发生在彗星碎块像大流星似地进入木星大气开始燃烧的瞬间。但如果是每秒60千米的速度，彗星碎块在几秒钟内就会穿透木星云层。另外一些科学家提出，照相偏振测量辐射计观测到由极热气体构成的火球从碰撞点向外膨胀。火球最初很亮，随后膨胀，冷却而变暗。

9月底，“伽利略”送回一组G碎块撞击的资料证实了火球的理论。在该事件中，照相偏振测量辐射计与近红外测绘光谱仪，紫外光谱仪同时获得资料。照相偏振测量辐射计观测到像H和L事件发生时那样的亮度轮廓，先是急剧上升，随后缓慢下降，整个过程持续大约35秒。紫外光谱仪也观测到这一闪光，但只对应闪光明显上升部分。根据两架仪器得到的资料，科学家估计火球直径约10千米，温度约7500K(太阳表面仅5800K)。

近红外测绘光谱仪显示了火球如何发光、冷却的细节，和理论家的预测是一致的。该仪器是在照相偏振测量辐射计和紫外光谱仪之后5秒开始探测火球的，此时火球已冷却到5000K。气体云和彗星残骸继续冷却膨胀。在撞击1分钟后，火球直径达到250千米，温度下降到500K左右。近，红外测绘光谱仪的资料还显示了火球穿过大气时缓慢增大的情况。

“伽利略”的CCD照相机拍摄了K，N的撞击，得到了像照相测量辐射计观测G，H和I碰撞时的亮度轮廓。由于CCD照相机具有较高的空间分辨率和灵敏度，揭示了亮度曲线更精致的细节：在持续5秒钟的最初闪光之后亮度开始减弱，约10秒钟后也就是在它隐没前再次变亮，持续约30秒。这架照相机还观测了较小的N碰撞，记录了类似开头5秒钟的闪光，但随后产生的火球仅持续了10秒，而且非常暗。

这些观测说明，“伽利略”显然是既看到了彗星碎块进入木星大气时类似充星的闪光，也看到了爆炸时出现的火球。最初5秒的闪光是由于一块体积较大的彗星碎块以每秒60千米的速度闯进木星大气层，使其周围的空气骤然加热到7500K，彗星残骸的外层开始烧去，灼热的大气倾刻之间爆炸成沸腾明亮的火球，伽利略的仪器又观测了1分钟，直到火球冷却到仪器探测极跟以下。

令人奇怪的是照相测量辐射计和CCD照相机所观测到的流星闪光亮度极相近，只有2％的差异。尽管“伽利略”所观测的事件是由大的和中等大小的彗星碎块导致的，但是进入木星大气后火球亮度变化相当大，与碰撞前预测的撞击模型比较接近。

哈勃空间望远镜所观测到的木星边缘正在上升的碰撞羽状物也是一个谜。和地面观测者一样，哈勃空间望远镜无法直接看到撞击点，但每次碰撞的瞬间，哈勃可以观测到出现在碰撞点之上的羽状物质。这些羽状物在几分钟里迅速地膨胀，然后稳定地落进木星的高层大气。奇妙的是，不论撞击彗星碎块有多大，所有的羽状物上升到距碰撞点同一高度，大约3300千米。

有天文学家估计最大的碎块直径为0.5～3千米。但这意味着一个碎块的质量和它的碰撞能量的测定有200％的差异。无庸置疑，即使是小碎块以每秒60千米的速度进入木星大气也会产生惊人的效应。

一些天文学家在模拟S-L9彗星1992年7月接近木星而被木星碎裂时认为，最大的碎块也就0.5～.0千米。但另一些天文学家认为从所观测到的大残骸羽状物来看，撞击体应该很大。

赞成小撞击体的天文学家提出彗星碎块的能量仅能使其陷入氨和铵云而无法进入位于木星大气更深处的水云。碰撞会将彗星残骸与来自这些云的气体抛进大气。赞成大撞击体的天文学家则提出，这些碎块有足够的能量穿越水云。这些深处的云层强大的气压会抑制膨胀，并将大部分彗星和木星云物质掩盖使我们无法看到。

一部分观测资料是支持小撞击体模型的。首先，哈勃空间望远镜在这些残骸云中探测到大量的氨和硫，比来自彗星碎块本身的要多。碰撞搅动了木星云，但并没有完全淹没这种碰撞的影响。

第2个佐证是探测不到地震波或木星大气的波动。大的撞击体会引发地震波。没有探测到这些波也证明小撞击体模型是正确的。

第3个佐证来自“伽利略”的观测。根据流星闪光和随后的火球最大亮度确定的每次碰撞总能量，表明击中木星的彗星碎块很小。

然而，“伽利略”仅观测到碰撞对木星云上面的大气的影响。如果碎块将它们的能量更深地沉积到大气中，那是无法看到的。所以，尽管一些证据支持小撞击体模型，但尚未有定论。

与此同时，天文学家正在研究在木星上层大气中形成的巨大残骸云是由什么构成的，为什么会这样暗。由于碰撞能量特别大，以致彗星碎块汽化，将每个分子还原成当初组成它的原子。彗星的原子与木星的氢和极热火球里的甲烷混合，这种新化合物似乎给出了问题的答案。硫化合物一般是暗褐色的，甚至是黑色的，此外由来自分裂彗星的碳氢化合物和来自木星的甲烷构成的混合物也会使云变黑。

由哈勃空间望远镜、地面和美国宇航局柯伊伯机载天文台所作的观测均认为形成这种暗云的是一种彗-木混合体。哈勃探测到的氨和硫化合物最可能来自木星。一些天文学家提出，柯伊伯观测到的大量水分子和地面观测者在羽状物中发现的大量碳化合物只可能来自彗星。一种混合物来自两种天体是可能的，但是来自彗星和木星大气的物质各有多少还是一个需要探讨的问题。

有一点可以肯定，那就是构成暗云的粒子非常小，直径仅几微米。如此之小，预计它们碰撞后会在木星大气中飘浮很长时间。

所有的残骸以每秒10～15千米的速度摧毁撞击点，产生了哈勃所观测到的巨羽状物。这种喷射物升到高空然后落下，散布在木星平流层上一地球大小的面积上，当残骸撞击大气时，产生了地面观测者在每个撞击点转入视线时在红外所看到的大幅度变亮。近红外测绘光谱仪观测到G，R撞击时的增亮。这种增亮大约是在最初碰撞后6分钟开始的，在尔后的几分钟增亮面积继续扩大。

碰撞发生后，几个月以来天文学家一直在跟踪残骸云，监视它们在木星的风携带下绕木星一整圈后是扩散了还是消失了。S-19给天文学家提供一个机会，使他们能够通过尘埃云了解高层大气的风和木星大气环流。

虽然彗木相撞未能改变木星的自转和轨道，未能触发木星的核反应，对地球生命也没造成任何影响，但它却留给人们许多思考。

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