27年來最適合中國寶寶體質(zhì)的大彗星要來了？︱C/2023 A3前瞻

在全球范圍內(nèi)，2024年最值得期待的天象大概是4月8日的日全食，但很可惜中國境內(nèi)無緣這一輪黑太陽。要說今年的天象中有哪個最值得我們中國寶寶們期待，那就必須得聊一顆與中國有關(guān)的彗星——C/2023 A3紫金山-阿特拉斯彗星。

看到彗星的名字里有「紫金山」三個字，想必大家很快就反應(yīng)過來為何說這顆彗星與中國有關(guān)。目前彗星的命名是以發(fā)現(xiàn)者或機(jī)構(gòu)冠名，這顆彗星的發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)分別為中國紫金山天文臺與小行星對地撞擊終末預(yù)警系統(tǒng)（ATLAS）。2023年1月9日紫金山天文臺盱眙觀測站向小行星中心上報，臺站的1.2米近地天體望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一顆新天體。

紫金山天文臺盱眙觀測站1.2米近地天體望遠(yuǎn)鏡丨紫金山天文臺

新天體最初按小行星上報，隨后進(jìn)入近地天體的待確認(rèn)名單，1月30日時一度因為沒有后續(xù)觀測報告被除名，標(biāo)記為失蹤。直到2月22日小行星對地撞擊終末預(yù)警系統(tǒng)位于南非薩瑟蘭觀測站的0.5米望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)一顆新天體，并注意到天體有彗星特征，按彗星上報小行星中心。后續(xù)的軌道計算將前后相隔一個多月的兩份報告聯(lián)系了起來——它們描述的其實是同一顆天體。[1]

小行星對地撞擊終末預(yù)警系統(tǒng)（ATLAS）南非Sutherland觀測站 0.5米望遠(yuǎn)鏡丨SAAO

簡單而言，紫金山天文臺首先報告了新天體，而小行星對地撞擊終末預(yù)警系統(tǒng)確認(rèn)了天體是彗星，所以兩者都在彗星名字中占有一席之地，按時間順序紫金山在前，阿特拉斯在后，彗星按最早的報告時間編號為C/2023 A3，即2023年1月上半月發(fā)現(xiàn)的第三顆彗星。

近地天體望遠(yuǎn)鏡觀測到C/2023 A3的圖像丨紫金山天文臺

紫金山-阿特拉斯彗星發(fā)現(xiàn)時距離太陽約7.7天文單位，亮度約19等。在宇宙空間運行近一年后，目前彗星已經(jīng)越過木星軌道，距離太陽約4天文單位，亮度約14等，位于天秤座。

按照現(xiàn)有預(yù)報，到今年7月中旬時，彗星將會飛越火星軌道，8月中下旬開始亮度增至肉眼可見的水平（6等），9月中旬亮度超過北極星。9月下旬開始可以嘗試在日出前的晨光中尋找彗星的身影，此時彗星亮度已接近1等并逐日增亮。9月27日彗星過近日點，此時彗星距離太陽不到0.4天文單位，與水星的軌道半長軸（0.387天文單位）相仿，亮度約0等。以廣州為例，彗星將在日出前約1小時升起，位于東偏南的低空。

9月下旬日出前彗星的位置丨Stellarium模擬

過近日點后，紫金山-阿特拉斯彗星會正好經(jīng)過太陽和地球連線附近的宇宙空間，此時太陽就像彗星背后的一盞燈，而剛剛近距離接受完太陽「炙烤」的彗星周圍布滿塵埃，兩者疊加之下會讓一種神奇的物理學(xué)buff出現(xiàn)在彗星身上，讓它變得更亮。這種buff名為「前向散射」，大霧天遠(yuǎn)處路燈周圍的一圈光暈就是前向散射作用的結(jié)果。在前向散射的加持下彗星亮度可能會短暫提升至-4等，相當(dāng)于金星的亮度。不過壞消息是當(dāng)前向散射作用越明顯，彗星與太陽的角距離會越小，這反而增加了觀測難度。

按照預(yù)報，前向散射作用在10月上旬最為明顯丨astro.vanbuitenen.nl

10月12日彗星過近地點，距離地球不到0.5天文單位（約7000萬千米），此時彗星逐漸遠(yuǎn)離陽光干擾，在日落后的西方天空現(xiàn)身，亮度在大約一周內(nèi)可以保持在2等以上，同時地平高度逐日抬高，觀測難度降低。11月初彗星亮度降至4等，11月中旬后肉眼不可見。-

10月下旬-11月上旬日落后彗星的位置丨Stellarium模擬

本文標(biāo)題似乎會拉高大家對紫金山-阿特拉斯彗星的期望，不過從上述的前瞻來看，彗星的確會有不錯的預(yù)期表現(xiàn)，而且與過去30年間的明亮彗星對比，它也絲毫不遜色。

過去30年間比北極星亮的彗星，紫金山-阿特拉斯彗星的數(shù)據(jù)為估計值，僅供參考

絕大部分彗星榜單習(xí)慣按彗星的峰值亮度排序，但峰值亮度這個指標(biāo)其實頗具欺騙性。對于普通恒星來說亮度越高越方便在星空中辨認(rèn)，而彗星的亮度受到多種因素影響（與太陽距離，與地球距離，自身性質(zhì)變化等），亮度并不恒定且變化幅度極大，而且到達(dá)峰值亮度的彗星往往與太陽的角距離較小，不易觀測。簡單來說，一顆彗星峰值亮度越高，不意味著我們就可以更容易在天空中發(fā)現(xiàn)它。與其關(guān)注峰值亮度，不如留意彗星維持一定亮度的時間。

于是在上面的表格中我引入了一個可以反映彗星亮度維持能力的指標(biāo)，即「高光時間」：彗星維持在某一亮度范圍的時間。這里我選擇了彗星比北極星亮的時間，北極星勾陳一是一顆典型的2等星，比北極星亮，意味著即便是在城市當(dāng)中也有機(jī)會不借助觀測設(shè)備看到它。當(dāng)然高光時間這一指標(biāo)不可避免地包括了彗星明亮但過于接近太陽的時間，這些時候想在地面觀測彗星顯然難度極大。所以想要知道一顆彗星是否易于觀測，除了關(guān)注高光時間，還應(yīng)留意彗星的近日點，近日點越遠(yuǎn)，彗星就能更早一步遠(yuǎn)離太陽光的干擾[2]。

綜合高光時間長短與近日點遠(yuǎn)近，我們可以將過去30年的明亮彗星按肉眼觀測門檻從易到難大致排個序。

過去30年明亮彗星的肉眼觀測門檻，T0級最易觀測，T3級最難觀測

總體而言，彗星近日點越遠(yuǎn)，高光時間越長，就越容易觀測，等級也越高。唯一一顆T0級的海爾-波普彗星不僅是過去三十年最壯觀的彗星，縱觀整個人類彗星觀測史大概也是屈指可數(shù)。彗星有著接近地球軌道半徑的近日點，同時高光時間長達(dá)5個月，這個成績在近現(xiàn)代彗星觀測史中獨領(lǐng)風(fēng)騷。

海爾波普彗星丨Wikipedia

與T0級相比，T1級的兩顆彗星在近日點和高光時間上都要略遜一籌：近日點均在0.2天文單位附近，高光時間大于1個月，高光時間上雖然不能和T0級彗星相比，但明顯優(yōu)于T2級彗星。兩顆T1級彗星之間倒是不好分高低，算分庭抗禮——百武二號彗星最亮?xí)r在北半球閃耀，而麥克諾特彗星則基本是南半球的專屬。

麥克諾特彗星丨Wikipedia

百武二號彗星丨Wikipedia

T2級的兩顆彗星近日點都在0.3天文單位上下，略遠(yuǎn)于T1級的兩顆彗星，但高光時間只有T1級彗星的一半，綜合下來的觀測門檻還是會更高一些。另外回顧2020年新智彗星的照片，大部分拍攝于2023年7月14日至23日，此時彗星亮度在2-3等之間，實際上已經(jīng)過了彗星的高光時間，雖然照片中的彗星十分出彩，但肉眼觀測的效果并不盡如人意。

新智彗星丨Wikipedia

泛星彗星丨Wikipedia

T3級彗星不論是近日點數(shù)值還是高光時間在幾顆明亮彗星中都是墊底的水平：離太陽過近，同時高光時間短（均在10天以內(nèi)）。三顆彗星中最極端的要數(shù)洛夫喬伊彗星，雖然按照Stellarium的數(shù)據(jù)彗星峰值亮度達(dá)到了-7等，但這是用近日點僅0.006天文單位換來的，而且高光時間只有5天，結(jié)果就是地面上幾乎沒辦法用肉眼觀測這一時期的彗星全貌[3]，洛夫喬伊彗星最經(jīng)典的一張「全身照」出自國際空間站的宇航員之手。

洛夫喬伊彗星丨Wikipedia

聊了那么多，大家最關(guān)心的肯定還是紫金山-阿特拉斯彗星的肉眼觀測門檻是不是足夠友好。如果彗星正常發(fā)揮[4]，彗星在過近日點前后有共計至少半個月實打?qū)嵉目捎^測高光時間[5]。即便拋開還不能確定的高光時間，紫金山-阿特拉斯彗星至少在近日點這個硬指標(biāo)上優(yōu)于新智彗星、泛星彗星以及兩顆T1級彗星，保守估計彗星的肉眼觀測門檻介于T1級與T2級之間。T1級的百武二號彗星回歸時間（1996年）早于海爾-波普彗星，麥克諾特彗星又是南半球?qū)馘缧牵@樣看紫金山-阿特拉斯彗星有望成為海爾-波普彗星之后最適合在北半球肉眼觀測的彗星。

無論如何，紫金山-阿特拉斯彗星都是一顆值得我們在2024年持續(xù)關(guān)注的彗星。

參考&拓展

[1]http://www.cbat.eps.harvard.edu/iau/cbet/005200/CBET005228.txt

[2]嚴(yán)格來說還要考慮彗星軌道偏心率，但明亮彗星的軌道往往偏心率極大，相互差別不影響原文結(jié)論

[3]不過洛夫喬伊彗星有極長的彗尾，日落后可朝向西方低空拍攝彗尾

[4]指實際表現(xiàn)與現(xiàn)有預(yù)報差別不大

[5]刨除了距離太陽過近的不可觀測高光時間

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