彗木相撞,指1994年7月17日,蘇梅克—列維9號彗星與木星發生相撞的事件。
1994年7月,蘇梅克-列維9號彗星與木星相撞,這是自望遠鏡發明以來,人類首次預測、觀察到的大規模天體相撞奇觀。在17日凌晨4時15分至22日上午8時12分這5天多時間里,蘇梅克-列維9號彗星的20多塊碎片接連不斷地撞向木星,在彗木相撞前的一段時間里,木星發出的強電磁波比平時強9倍;撞擊時,彗星碎片與木星大氣層摩擦產生的萬余攝氏度高溫使彗星碎片化為烏有,爆炸時的氣體和塵埃形成龐大蘑菇云,引發木星風暴和磁暴。當所有碎片依次撞進木星639億平方千米的巨大表面后,木星上留下8個直徑1萬千米以上的創面,成為識別木星的新標志。
觀測
1993年3月24日,美國天文學家尤金·蘇梅克和卡羅琳·蘇梅克以及天文愛好者戴維·列維,利用加利福尼亞州帕洛瑪天文臺的46厘米天文望遠鏡發現了一顆彗星,遂以他們的姓氏命名為蘇梅克-列維9號彗星。這顆彗星被發現一年零兩個多月后,于1994年7月16日至22日,斷裂成21個碎塊,其中最大的一塊寬約4公里,以每秒60公里的速度連珠炮一般向木星撞去。
事件發生期間,蘇梅克-列維9號彗星的碎片相繼進入木星的大氣層,美國航空航天局使用了多個太空望遠鏡對該事件進行觀測。伽利略號飛船拍攝到彗星撞擊的一刻,該飛船的拍攝位置相較于陸基望遠鏡更具優勢;與伽利略飛船相呼應的是旅行者2號探測器,其距離木星大約37億英里(接近60億公里),主要通過紫外光譜和行星射電觀測儀對該事件進行觀測。
原因
命名為“蘇梅克-列維9”(SL9)號的這顆彗星,是在幾十年前被木星的引力捕獲而進入繞木星運行的軌道的;天文學家經過觀測與計算,揭示了SL9已進入太陽系相當長一段時間這一事實。彗星直徑約10公里,質量約5000億噸。1992年7月8日,當它運行到近木點時(距木星表面11萬多公里),由于受到木星引力作用產生的潮汐力的作用,被撕裂瓦解成6個大塊、15個中塊和一些小碎片。最大的直徑約4000米,平均直徑2000米。木星不僅瓦解了彗星SL9,還顯著改變了其軌道。在SL9被發現后不久,天文學家們便作出了精確的預報,不僅指出其與木星的碰撞不可避免,還預測了具體的撞擊時間及撞擊位置。
在其向太陽系內層行進的過程中,SL9于1992年7月8日抵達了距離木星中心約11萬千米的位置,考慮到木星半徑約為7萬千米,這一距離顯得尤為接近。木星的強大引力毫不留情地瓦解了如此近距離的SL9。直至1993年3月,蘇梅克夫婦與利維先生觀測到SL9時,它已至少分裂成21塊碎片,這些碎片排列成一線,總長度超過16萬千米,形成了壯觀的景象,被形象地比喻為“一列在太陽系空間中疾馳的長長列車”,亦有人稱之為“宇宙中的長項鏈”。
過程
蘇梅克-列維9號彗星的第一塊含有巖石和冰塊碎片于格林尼治時間7月16日20時15分以每小時21萬公里的速度落入木星大氣層,釋放出相當于2000億噸TNT炸藥的能量。撞擊后產生的多個火球綿延近1000公里,發出強光。科學家們通過天文望遠鏡,看到木星表面升騰起寬闊的塵云,高溫氣體直沖至1000公里的高度,并在木星上留下了如地球大小的撞擊痕跡。最后一塊碎塊(W)在7月22日16時過后不久撞擊木星。
在6天的時間內,綿延500萬公里的“SL9”21塊碎塊,相繼先飛過木星南極洲,再撞擊木星南緯44~45度地區。在經過木星大氣平流層時,溫度急激升高到3萬攝氏度,周圍的大氣被加熱到3.4萬攝氏度。在7秒鐘內在木星大氣層中穿行400公里,發生爆裂,彗星物質分裂成單個分子和原子。五彩繽紛的蘑菇云上升至千公里高空,出現直徑千百公里的大火球(熾熱的高溫沖擊波),持續時間1~2分鐘。然后向四周擴散并冷卻,一般10多分鐘后在木星表面形成上萬公里直徑的暗斑(有說是升起的氣體云團,有說是木星上層大氣的窟窿),有的比木星大紅斑還大,達3萬公里,相當于3個地球那么大。幾十小時甚至幾個月才能消退。有的科學家預計,爆炸后隨氣體上升的塵埃,可能形成一個新的木星環。
撞擊時產生了巨大的閃光。如最后一塊碎塊撞擊閃光的亮度,是木星南極洲極冠亮度的400倍。但由于距離遙遠(距地球7.7億公里),在地球上看到的閃光,只相當于幾公里之外的一支燭光一亮。而且,由于撞擊點在背向地球的一面,除伽利略號木星探測器朱諾號木星探測器之外,地面上只能觀察到木星的衛星和木星環的反射閃光。撞擊后1.5小時,通過木星的自轉,撞擊點才進入地球人類的視域。約每隔10小時可以看到一次撞擊點的情況。
撞擊時,每塊碎塊釋放的能量,原來估計相當于10億噸三硝基甲苯的能量,相當于10萬顆投向廣島的原子彈,比目前最大的氫彈大1萬倍。實際上,直徑2公里以上的碎塊,撞擊木星的爆炸能量相當于3~5億顆1993年3月23日,休·梅克夫婦(Eugene Shoemaker和Carolyn Shoemaker)及利維(D. Levy)在帕洛瑪山天文臺用0.46米施密特望遠鏡搜索近地小行星時對木星方向拍了三張照片。
3月25日,卡露琳在檢查這三張底片時發現木星旁有個“壓扁的彗狀物”,并通知了加利福尼亞大學的斯科蒂(J. Scotti)。
3月26日,斯科蒂用基特峰天文臺的0.91米空間監測望遠鏡證實休梅克夫夫婦及利維的發現,發現它是個至少分裂成5塊碎片的彗星,即蘇梅克-列維9號彗星。
3月–7月,基特峰天文臺2.2米望遠鏡多次觀測SL9彗星,發現它已分裂成17塊碎片,在天空中形如天空項鏈或空中列車。這是人類第一次見到分裂成如此之多的彗星。
5月末,Syuichi Nakano和布萊恩·馬斯登(B. Marsden)根據理論計算指出,SL9彗星曾在1992年7月距木星不到5萬公里,即進入木星的洛希極限以內,被木星潮汐力所碎裂。
7月1日,哈勃空間望遠鏡對sl9進行第一次觀測,發觀彗星核已碎裂。在哈勃空間望遠鏡維修以后的觀測中,發現已有21塊碎片。每塊的直徑不大于4公里。這21塊碎片按從東到西方向的排列依次命名為A=21,B=20,C=19,……,U=3,V=2.W=1。
8月以后,美國噴氣推進實驗室的薩卡尼娜(Z. Sekanina)、葉奧曼斯(D. Yeomans)和齊奧達斯(P. Chodas)根據SL9發現以來的156次觀測進行計算,得出四條結論:①蘇梅克-列維9號彗星至少從1970年起就已繞木星旋轉;②SL9彗星在1992年7月8日經過近木點時從離木星表面4300公里通過,即在木星的洛希極限之內,而被木星碎裂;③第一次預報它將于1993年8月通過遠木點,并于1994年7月18日與木星相撞,撞擊點落在木星背向地球一側南緯44°之處,撞擊時彗星速度約為60公里/秒,屆時地木日夾角為11°,撞擊點-木星-地球夾角約為95°,從地球上不能直接見到撞擊過程;④從計算得出蘇梅克-列維9號彗星碎裂前的直徑約10公里。另一些理論學家得出彗核碎片的密度低于每立方厘米0.8克。
1994年1月中旬,全世界12個天文臺的200多位天文學家在美國馬里蘭大學召開SL9專業討論會,會上成立“彗星碰撞聯測網實驗計劃”。除地面望遠鏡投入觀測外,還有哈勃空間望遠鏡(看不見撞擊點)進行成象和光譜觀測,位于離木星2.3萬億公里遠處的伽利略衛星(可看見撞擊點,飛船-木星-彗星撞擊點夾角51°)進行成象觀測,以及遠在61億公里遠的旅行者2號探測器(可看見撞擊點)進行紫外和射電觀測。哈勃望遠鏡觀測到每個碎片在反太陽方向的塵埃彗尾。
4月18日,我國在南京召開SL9(1993e)與木星相撞事件的學術研討會,會上成立SL9彗星觀測網聯合協調小組。投入觀測的光學儀器有2.16米和1.56米光學望遠鏡,1.20米紅外望遠鏡,1米光學望遠鏡;兩架25米射電望遠鏡(厘米波段)和兩架工作于10米段射電望遠鏡等。
1994年4月以后,S1.9與木星碰撞的預報精度從天改進到5至6分鐘。第一次碰撞的預報時間為7月16日19時54分(世界時,下同),最后一次碰撞發生于7月22日7時56分。碰撞帶位于木星南緯43°至45",碰撞速度為60公里/秒,每塊碎片碰撞時將產生1021~104焦能量。哈勃空間望遠鏡還發現,在21塊碎片中P=8號和Q=7號碎片各已分裂成兩個碎片P=8a、P2=8b,Q=7a、Q2=7b.其中8b又分裂成8b1、8b2,以后8a、10、13號消失,4、5、8號周圍出現塵埃霧狀物,這是彗星核蒸發和拋射物質的結果。除去消失的碎片,加上碎片的分裂,撞擊前仍觀測到21個碎片,但“失蹤”的M=10碎片與木星的碰撞仍為某些天文臺觀測到。撞擊前彗星占天空長度18角分,相當于400多萬公里。
7月16日20時15分,哈勃空間望遠鏡觀測到A碎片撞擊木星后產生的火球。
7月17日2時50分,智利拉斯堪柏納臺觀測到B碎片撞擊木衛一后產生的閃光。
6時24分,澳大利亞國立大學賽丁斯普林天文臺觀測到C碎片撞擊木星后產生的邊緣閃光。
11時55分和12時整,澳大利亞國立大學賽丁斯普林天文臺觀測到D碎片撞擊木星后產生的邊緣閃光。
15時18分,南極洲紅外探測器觀測到E碎片撞擊木星后產生的邊緣閃光。
7月18日零時28分,未觀測到F碎片的碰撞,但在E斑附近觀測到F羽毛狀。
7時33分,澳大利亞國立大學賽丁斯普林天文臺觀測到G碎片撞擊木星后產生的邊緣閃光。
19時32分,伽利略飛船對H碎片的撞擊過程進行了直接觀測。
7月19日10時25分,日本岡山天體物理臺觀測到K碎片撞擊木星后產生的邊緣閃光。
22時17分,伽利略飛船對L碎片的撞擊過程進行直接觀測。
7月20日6時13分,墨西哥國家天文臺觀測到M碎片撞擊木星后產生的邊緣閃光。
10時35分,澳大利亞國立大學賽丁斯普林天文臺觀測到N碎片撞擊木星后產生的邊緣閃光。
15時11分,上海天文臺觀測到P:碎片撞擊木衛一后產生的閃光;Q2碎片的撞擊現象未觀測到。
20時20分,西班牙卡拉奧托天文臺觀測到Q:碎片撞擊木星后產生的邊緣閃光。
7月21日5時33分,夏威夷開克天文臺觀測到R碎片撞擊木星后產生的邊緣閃光。
15時04分,上海天文臺觀測到S碎片撞擊木衛四后產生的閃光。
T碎片的撞擊未觀測到,美國、西班牙觀測臺在非洲拉帕爾馬島觀測到T撞擊點,意大利空間局空間大地測量中心觀測到T撞擊的毫米波段輻射。
U碎片的撞擊現象未觀測到,事后在K斑處出現雙斑,懷疑其中之一是U斑。
7月22日4時16分,克勒萊多木星監測網觀測到Ⅴ碎片撞擊木衛一后產生的閃光。
8時12分,澳大利亞國立大學賽丁斯普林天文臺觀測到W碎片撞擊木星后產生的邊緣閃光。
參考資料 >
1994年7月17日“蘇梅克--利維9號”彗星與木星相撞.國際科技創新中心.2024-02-29
1994年7月16日 彗星與木星相撞.今日頭條.2024-08-01
1994年7月16日彗星木星相撞成千萬年一遇天象.搜狐新聞.2024-08-01