紫金山-阿特拉斯彗星杂谈

作者|王思亮

审核|董晨晖

编辑|赵经远

宇航员Matthew Dominick在国际空间站拍摄的紫金山-阿特拉斯彗星和极光。来源：NASA

C/2023 A3（Tsuchinshan-ATLAS）（下文称为紫金山-阿特拉斯彗星）由紫金山天文台和ATLAS-Sutherland（小行星撞击预警系统萨瑟兰观测站）先后于2023年1月9日和2月22日发现，于今年9月28日通过近日点，并在10月12日通过近地点，成为肉眼可见的明亮彗星，吸引了众多天文学家和天文爱好者的目光。

发现设备：紫金山天文台盱眙观测站1米近地天体望远镜、ATLAS萨瑟兰观测站0.5米望远镜。来源：中国科学院、SAAO

紫金山天文台（左）和ATLAS（右）的发现图像（因为彗星会移动，而这两次观测相隔一个多月，所以背景星空有所不同）。来源：紫金山天文台、ATLAS

彗星的结构

彗星是由尘埃、岩石和冰等物质构成的不规则小天体，它们是太阳系形成时留下的残余物质。彗星与小行星相似，事实上，两者的界限并不十分明确，偶尔会有小行星表现出彗星的特征（如2018年底，6478号小行星Gault出现了一条长长的尾巴），或者彗星不再活动转变成小行星（如双子座流星雨的母体——3200号小行星Phaethon——据信就是一个基本不再活动的彗核）。

拖着长长尾巴的6478号小行星，星明天文台宁波市教育局-新疆天文台望远镜（NEXT）拍摄。来源：参考资料10

彗星的核心部分称为彗核，彗核喷出的物质形成一个巨大的云团，直径可达一百万公里，这就是彗发，通常呈现绿色。彗发和彗核合称彗头。彗核抛射的物质进一步形成了彗尾——蓝色的离子尾（又称气体尾）和白色的尘埃尾。离子尾中的分子会被阳光分解成带电的离子，在太阳紫外线的照射下，这些离子会发出蓝色的光，因此离子尾呈现蓝色；受太阳风影响，离子尾指向远离太阳的方向。尘埃尾则由不同大小的尘埃颗粒组成，包括硅酸盐和含碳的有机分子，受阳光照射呈现黄白色，优雅地弯曲在彗核之后。

彗星的结构（图片来源于ESA）

目前的观测表明，紫金山-阿特拉斯彗星富含丰富的尘埃，同时碳含量较低，这并不常见。此外，10月9日之后地面的照片显示它有一条指向太阳的反向彗尾，在10月14日前后一两天最为明显。从照片上看，反向彗尾似乎是彗头向太阳方向延伸出来的，它与常见的彗尾方向相反，这是由于观测角度所形成的一种特殊现象，简单说就是从观测者的角度来看，尘埃尾远端的投影恰好朝向太阳的方向，这种独特的现象通常出现在地球穿过彗星轨道平面的时候。

反向彗尾的成因。来源：wikipedia

彗星的亮度

彗星的亮度通常分为测量彗头（包括彗核、彗发）亮度的总星等（m1）和仅测量彗核亮度的核星等（m2），本文所述的亮度均为总星等。彗星的亮度和彗星与太阳的距离、彗星与地球的距离、相位角（相位角是指太阳-彗星-观测者所成的夹角）、彗核大小以及活跃程度等众多因素有关。因为影响因素很多，所以彗星的行为存在很大的不确定性，导致其亮度难以准确预测。计算彗星的亮度一般使用公式m1=H0+5lgΔ+2.5 nlgr（该公式未考虑相位角等因素的影响），其中m1为彗头的亮度，称为总星等；H0为彗星的绝对星等，绝对星等是假设彗星与太阳、观测者均相距1天文单位且相位角为0时的视星等；Δ为彗星与地球距离；n是与彗星活跃程度有关的系数，范围一般在2～12之间，n越大，彗星越活跃，增亮速度越快；r为彗星与太阳的距离。Δ和r可由轨道确定，再结合多次观测得到的m1便可计算出H0和n，然后便可推算彗星未来的亮度。根据天文电报中央局（CBAT）最初的计算，紫金山-阿特拉斯彗星的最大亮度将达到3等左右，这与彗星过近日点前不考虑相位角等因素作出的亮度预测（即下表中的基线星等）大致相当，可见这颗彗星的表现还算中规中矩。

紫金山-阿特拉斯彗星过近日点前，天文爱好者Joseph Marcus作出的亮度预测。来源：参考资料6～7

10月9日下午，紫金山-阿特拉斯彗星的相位角达到最大。前面说过它富含丰富的尘埃，这样的彗星会在一种称为前向散射效应（forward scattering）的作用下，看起来更加明亮，因为在高相位角下，尘埃可以向观测者散射更多的阳光，从而显著增强彗星的亮度。

彗星的相位角。来源：Sky & Telescope

笔者在9月26日至10月5日期间多次早起观测，每一次都使用相机轻松拍摄到了彗星，并在10月3日之后仅凭借肉眼就辨认出了这颗闪耀在曙光中的彗星，当时它的亮度在1等左右。但这并不意味着它在肉眼看起来的感觉和1等恒星一样亮，这是因为彗星是弥散天体，1等的亮度是分散在一定的面积上的，不像恒星的亮度聚集在一个点上，因此彗星的观感一般比相同亮度的恒星要暗。

许多临时的观测者由于缺乏观测经验，再加上曙光或暮光、城市的光污染、低空的云雾和水汽遮挡、大气消光、大气透明度等多种因素干扰，往往很难分辨出彗星，甚至会把飞机航迹云误认为彗星。

截止10月17日的光变曲线。来源：参考资料8

近30年里，能达到负星等且地面可观测的彗星寥寥无几，平均约十年出现一次。90年代的海尔-波普彗星（C/1995 O1）和百武二号彗星（C/1996 B2）给许多人留下了深刻印象，其中前者达到了-1等且观测时间对公众十分友好，给许多人留下了珍贵的记忆；2007年初麦克诺特彗星（C/2006 P1）最大亮度达到了-5等，甚至在白天用手挡住太阳就能看到它，但它更利于南半球的观测者；2011年底的洛夫乔伊彗星（C/2011 W3）是克鲁兹族彗星的一员，最大亮度约为-1，但它的观测条件比较苛刻。

2024年10月9日，紫金山-阿特拉斯彗星达到了最大亮度，约-3等，一些经验丰富的天文爱好者甚至在白天也观测到了它的身影。目前看来，紫金山-阿特拉斯彗星已经是2007年以来地面能看到的最亮的彗星了。相比之下，四年前大热的新智彗星（C/2020 F3），最大亮度也只有1等。

观测彗星

如下图模拟所示，9月下旬，紫金山-阿特拉斯彗星出现在日出前东方地平线上，并且在9月28日左右达到最大高度，之后高度降低但亮度继续增加，在10月3日之后有多位爱好者报告亮度为1等左右。

9月下旬至10月上旬每天5时，紫金山-阿特拉斯彗星的地平高度，模拟地点为南京（需要注意，不同地点情况有差异）。来源：stellarium

而在10月9日后，彗星出现在日落后西方地平线上，虽然亮度降低，但高度迅速爬升，更适合北半球观测。如果天气晴朗无云，通透度好，那么在远离城市光污染的地方是有可能裸眼观察到彗星的。笔者在10月13日日落后便裸眼观测到了它，其白色的彗尾向上发散，感受十分震撼。

10月中下旬每天18时30分，紫金山-阿特拉斯彗星的地平高度，模拟地点为南京（需要注意，不同地点情况有差异）。来源：stellarium

如前所述，在10月14日前后，地球将会穿过紫金山-阿特拉斯彗星的轨道平面，它的彗尾在这段时间里呈现出奇特的景象。在参考资料9的彗尾模拟中，可以看到这段时间彗尾呈现明显的弯折。尘埃尾跟在彗星后面，速度稍慢，这意味着有机会观测到反向彗尾。这些模拟图也不禁让人联想到麦克诺特彗星的经典“甩尾”照片。

麦克诺特彗星。来源：ESO

要更好地观测紫金山-阿特拉斯彗星，推荐使用双筒望远镜目视（带三脚架），或者带上相机拍摄。借助Stellarium等星图软件和指南针可以较准确地判断彗星的大致位置。有条件的话，可以使用带有自动寻星装置的赤道仪来帮助定位。尽管有可能仅用裸眼就能成功观测到它，但在天光的干扰（特别是10月20日之前月光影响较大）以及天气（如低空云雾）的影响下，裸眼观测彗星的可见性存在较大不确定性。可以先在双筒中找到彗星，或者用相机拍摄彗星，然后再尝试在同一位置裸眼辨认，这样也不会浪费宝贵的观测时间。由于彗星的形态、亮度在不断地变化，甚至每天都不一样，所以笔者建议有条件的天文爱好者尽可能多找时间和机会观测这颗彗星，体会它的美。

2024年10月2日拍摄的紫金山-阿特拉斯彗星。来源：wikipedia

参考资料

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 (许文韬), Yoonyoung Kim, Xing Gao (高兴), New active asteroid (6478) Gault, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,September 2019,L143–L148

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