彗尾是彗星在接近內太陽系時，由于太陽照射而形成的明亮尾部結構。它主要由氣體和塵埃組成，反射陽光的灰塵和發射出光輝的離子化氣體共同構成彗尾。彗尾的形狀和方向各異，塵埃尾通常呈現曲線形狀，而離子尾則總是指向背離太陽的方向。
簡介
彗星是太陽系中的小天體，其核心通常不超過50公里直徑，但在接近太陽時，其彗發可以比太陽還要大，彗尾長度可超過1天文單位（1億5千萬公里）或更長。彗尾的形成與太陽輻射和太陽風有關，太陽風的平均速度是每秒300—500千米，對彗星造成一強大的推斥力，因而造成了彗尾的高加速度，且總是背向太陽。塵埃彗尾隨著彗星軌道略呈彎曲，為黃色，它是由太陽輻射的斥力產生的；氣體彗尾是筆直的，呈藍色，它是被太陽風的荷電粒子往后推出的，可長達1億公里或更長。當彗星遠離太陽而去時，彗尾又開始縮短。彗星通過火星時，它的彗尾便開始逐漸形成。接近太陽時，彗星所產生的氣體最多，彗尾也最長。
最耀眼的彗星莫過于鹿林彗星，因為它來自太陽系外圍的奧爾特云(Oort cloud)(注)，若軌道呈雙曲線，這會是它唯一一次造訪太陽系內部；而且相較于其它來自歐特云的彗星，它算是非常接近地球的一個，近地點約只有 0.41 天文單位(相當于 6100 萬公里)，使得不少天文專家日以繼夜守著它，也捕捉到難得一見的彗尾斷裂、長時間“反向”彗尾等景象。
相關原理
鹿林彗星最特殊之處莫過于它偏綠的彗尾，與一般常見的藍色彗尾不同。“中央大學”天文研究所教授陳文屏表示，彗星的主體“彗核”是冰塊與塵埃混合而成，大小約數公里。彗星接近太陽(小于 5 天文單位)時，彗核內部受熱后壓力逐漸增大，使氣體沖破表殼，連帶噴出塵粒，并包覆在彗核外，形成直徑約數十萬公里的球形“彗發”。當彗星繼續靠近太陽，就會出現長達數千萬至數億公里的“彗尾”。彗尾分塵埃尾與離子尾兩種，塵埃尾顧名思義是由塵埃組成，離子尾主要由氣體組成，二者的形成原因和發光機制各不相同。
一般見到的藍色彗尾就是離子尾，它的形成原因與太陽風有關。太陽風是太陽表面噴發出來的游離氫(即質子與電子)，當它靠近彗星時，太陽風挾帶的太陽磁場會受彗星的帶電離子干擾，使得磁力線往背離太陽的方向，并且繞著彗星彎曲。彗星的離子和太陽風都是沿著磁力線運動，最后二者就一起形成往背離太陽方向延伸的離子尾。
太陽風是間歇性的，每次噴出來的強弱也不一樣，加上彗星本身運動也會影響磁場，所以離子尾就可能有忽長忽短、分叉、斷裂、消失、再生等情況。此次鹿林彗星被觀察到離子尾斷裂的情形，正是在非常靠近太陽時發生的。
離子尾的發光機制也與太陽風有關。組成離子尾的氣體分子被太陽風撞擊后，會激發成由離子與電子組成的電漿狀態，當電子與離子重新結合時，就會發光。不同離子放射出來的光顏色不同，一般見到的離子尾呈藍色，是因為含有較多的一氧化碳離子(CO+)，其它尚有 H+、C+、 N2+、 Ca+、 CH+、 CN+、CH3OH2+、OH+、 H2O+ 等，但由于藍光偏多，以致不易察覺出別的顏色。鹿林彗星的離子尾呈綠色，經光譜分析發現，是雙原子碳(C2)發出的熒光輻射。一般彗星也有這些譜線，但是鹿林彗星似乎特別明顯，不過實際機制有待進一步探討。
彗尾的形成與特性
在外太陽系，彗星保持冰凍狀態，難以被偵測。但當它們接近內太陽系時，太陽輻射使彗核內的揮發性物質蒸發，釋放出塵埃和氣體，形成彗發。太陽輻射壓和太陽風作用于彗發，形成彗尾，其方向總是遠離太陽。離子尾的形成是由太陽紫外線輻射對彗發產生的光電導效應，質點游離后獲得正電荷，形成誘導磁層，與太陽風粒子形成障礙，產生弓形震波，進而形成離子尾。
彗尾的流失與觀測
彗尾的流失有時會發生磁場重聯現象，導致彗尾不連接事件，如恩克彗星在2007年的觀測。此外，彗星輻射X射線的發現表明，彗星與太陽風的交互作用會產生X射線，這是由太陽風中的高電荷離子與彗星原子和分子的碰撞造成的。
歷史觀測
古中國的觀測記錄表明，彗尾總是背向太陽，這一現象在公元653年的正史中有描述。這些觀測對太陽風的發現有重大貢獻。每十年左右，會有幾顆亮到可以用裸眼直接看見的彗星，而多數彗星則很暗淡，需要望遠鏡才能觀測到。
相關實例
“反向”塵埃尾
除了綠色離子尾，天文學家也長時間觀測到鹿林彗星的“反向”塵埃尾。塵埃尾是反射太陽光而呈黃色的彗尾，其形成原因與太陽輻射光壓有關。輻射光壓就像是光線照在塵埃上所造成的壓力，由于塵埃的顆粒有大小之分，顆粒越小越容易被推向遠方，最后造成塵埃呈扇形發散出去。根據克卜勒行星運動定律，根據克卜勒行星運動定律，離太陽近的行星運動速度比遠處行星快。換句話說，散在離太陽較遠處的塵埃(和彗星一樣繞著太陽運動)運動速度較慢，反之則快，以致塵埃尾扇形區域末端會因運動速度的快慢而彎曲。
與離子尾一樣，塵埃尾的尾巴也是往背離太陽的方向延長，這是因為輻射光壓的施力方向也是背離太陽；但此次鹿林彗星的塵埃尾卻有很長一段時間指向太陽，出現“反向”彗尾。陳文屏解釋，鹿林彗星的彗尾并非真的變成“反向”，而是因為鹿林彗星與地球運行軌道幾乎在同一平面，從地球角度觀測產生錯覺造成。
這次鹿林彗星除了帶來與往常不同的驚喜，在科學研究上也很有價值，例如觀察離子尾的變化有助于了解太陽風的特性；而藉由彗尾研究彗星的結構、化學成份等，則可以探知太陽系的過去，尤其是鹿林彗星的故鄉離太陽相當遙遠，受太陽輻射影響少，故能保留更多太陽系形成之初的樣貌，甚至可以反應奧爾特云的特性，因此它的造訪可說意義非凡。
難以預測的彗星
鹿林彗星在最接近地球，原本預估觀測亮度可能達四、五等(星等數字越小表示越亮，人類肉眼可見極限約六等)，而且月相幾乎逢朔，沒有月光干擾，沒想到鹿林彗星移至近地點的前后幾天，臺灣地區的天候不佳，致使觀測結果大受影響。“中央大學”天文研究所教授陳文屏表示，彗星的亮度并不容易預估，除了與彗星大小、離太陽及地球遠近等條件有關，最難掌握的是當時的噴發狀態。以短周期彗星為例，雖然可以粗略估算彗星每次接近太陽時，會損失 0.1～1% 的物質，然而不能就此斷定彗星下次接近到太陽附近時，亮度就會變暗，因為有可能下次噴發活躍程度較強，或離地球較近，而使得亮度不減反增。
除了一般人關心的亮度，彗星軌道也不容易計算。相較于行星、衛星等天體，彗星的質量小得多，其運動方式容易受其它天體干擾，特別是當它靠近太陽時，噴發物質后帶來的反作用力，使得科學家很難掌握它下一步的行進方向。陳文屏表示，之所以無法確定鹿林彗星的運行軌道是拋物線、雙曲線或是極狹長橢圓，是因為科學家只觀察到極小段的軌道，且其運行軌跡一直有些微改變。從 2007 年 7 月累積至 2009 年 2 月的軌跡點，推算其軌道顯示它可能是周期長約 2800 多萬年的極狹長橢圓，但累積至 6 月的數據卻顯示為雙曲線。究竟哪個推論才正確，尚需很長時間追蹤分析。
卡塔利納彗星的彗尾
卡塔利納彗星（C/2013US10）正掃過地球黎明前的天空，在明亮的大角星，即牧夫座α的附近，對雙目望遠鏡來說真是一場新年的盛宴。2015年12月21日的這幅望遠鏡合成影像展現了這顆彗星的彗尾穿越寬達10個滿月的視場。背景中的些許遙遠星系和昏暗恒星位于處女座。卡塔利納的塵埃彗尾在上圖中向左下方呈扇形展開，離子彗尾則斜著朝向右上方，在太陽風的吹拂下遠離太陽的方向。1月17日，這個來自奧爾特云的外離的訪客將到達近地點，僅1億1千萬公里遠，位于北斗斗柄的亮星附近 。
愛喜彗星的彗尾
愛喜彗星（Lovejoy）的泛綠色彗頭和藍色的離子彗尾在1月13日延伸穿過了金牛座的這片星場。左上方的內插圖顯示1/2度（滿月的角大小）作為比例尺。因此愛喜彗星的彗頭看上去僅比天空中的滿月小一點（但暗得多），它的彗尾在影像中超過4度寬。這顆彗星此時的估計距離在7500萬公里之外，相應推算其彗尾長度超過500萬公里。在太陽風的吹動下，稀薄的離子彗尾直接背向太陽，當彗星向近日點（1月30日到達）前進時不斷長大。二價碳（C2）氣體在陽光下發出熒光，產生了彗頭的綠色，更暗的泛藍色彗尾呈現電離態一氧化碳輻射的顏色 。
參考資料 >