- 洪景川／臺北市立天文科學教育館視聽組研究助理退休，現任臺北市文山與士林社大天文課程講師。
急速增光的 C∕2019 Y4 彗星在飛向太陽前，出現了彗核裂解的突發現象。再次應證了「彗星是不穩定而且不可預測的」？
C∕2019 Y4，或稱 ATLAS、撞地警報彗星，是一顆軌道近似拋物線、離心率為 0.99871621 的彗星，由「小行星陸地撞擊最後警報系統（Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System, ATLAS）」在去（2019）年 12 月 28 日的自動巡天觀測時所發現。
它曾經是今（2020）年截至今日最亮的彗星，總光度在 3 月底時視星等約為 7 等，到 4 月中旬卻已降到僅 9 等左右，光度比最亮時暗 6 倍多，甚至比同在夜空中的 C∕2017 T2（PanSTARRS）、C∕2019 Y1（ATLAS）和 C∕2020 F8（SWAN）等彗星還要暗淡。為何如此？原來這顆彗星在 4 月 2 日左右，經歷一次重大的分裂解體事件。
4 月中旬時，人們尚可使用望遠鏡在鹿豹座（Camelopardalis）中找到它，貌似光線瀰散的天體。由於可能剛經歷彗核解體事件，因此這顆彗星是否能夠繼續增亮，尚屬未知數。但是天文學家原先預估它將在 4 或 5 月時達到肉眼能見到的亮度，似乎已不可能達成。
彗星的發現過程和亮度變化
2019 年 12 月 28 日，它從位於夏威夷茂納羅亞（Mauna Loa）火山頂上 0.5 米口徑的賴特－施密特式望遠鏡（f∕2 Wright-Schmidt Telescope）所拍攝的影像中被發現。當時此彗星位於大熊星座中，以視星等 19.6 等的亮度發光。丹諾（Larry Denneau）是第一個辨識出這顆彗星的人，並立刻將其通報到小行星中心（Minor Planet Center, MPC）的網頁上，以便向其他天文學家發出警示。隨後幾天的進一步觀察中，發現它出現彗髮。持續觀察追蹤，又發現彗尾變得越來越明顯。
2 月初到 3 月底間，亮度從 17 等激增至 8 等，增加近 4000 倍。單單在 3 月份，光度就增加 4 個星等。彗髮淡綠色的外觀是由雙原子碳 C2 的發射所產生的，估算它具有約 330 萬公里長的多色彗尾，雖然外側當時仍很黯淡，但是氣態狀的細絲結構可以掃過背景恆星的前方，觀察起來狀似一個瀰散的天體。不料在 4 月初時，發生重大的彗核分裂或破碎事件，C∕2019 Y4 突然變暗。
C∕2019 Y4 彗星是中央大學鹿林天文台 SLT 40 公分（cm）望遠鏡長期監測的目標之一。組圖可看出彗星從 2020 年 3 月 19 日到 4 月 9 日之間的亮度變化戲劇性過程。原本持續增亮的彗星於 3 月 29 日時開始變暗。（林忠義影像提供；林啟生、蕭翔耀、侯偉傑觀測）
彗星的軌道與位置
在它剛剛被發現時，距離太陽約 3 個天文單位。基於先前的觀測結果，推斷它具有約 4400 年的軌道週期和 0.25 AU 的近日點距離。經計算比對發現，C∕2019 Y4 和歷史上的 C∕1844 Y1 彗星（又稱1844年大彗星）竟然具有十分相似的軌道元素，表示 C∕2019 Y4 和 C∕1844 Y1 可能是同一母體彗星的碎片。
NASA 噴射推進實驗室小天體資料庫（JPL Small-Body Database, SBDB）使用 2020 年 2 月 18 日曆元為基礎來計算，顯示 C∕2019 Y4 的軌道週期約為 6000 年，但該計算包括在行星區域內的誤導性擾動。在彗星進入行星區域之前，一種更合理的重心計算顯示「飛入軌道週期」應約為 4800 年。預計於 2020 年 5 月 31 日到達近日點，之後離開行星區域，「飛離軌道週期」約為 5200 年。
在 2020 年 1~3 月期間，C∕2019 Y4 位於大熊星座（Ursa Major）方向；4 月份時則位於鹿豹座中；預計在 5 月 12 日之後將進入英仙星座（Perseus）。5 月 23 日時逢朔，屆時與太陽離角達 17 度時，將通過近地點。在 5 月 31 日通過近日點時，它將位於金牛座（Taurus）的方向，與太陽離角減為 12 度。
彗核的分裂與可能解體？
據馬里蘭大學（University of Maryland）天文學家葉泉志和加州理工學院（California Institute of Technology）張啟成使用拉帕爾馬島（La Palma）上的利物浦2米望遠鏡（Liverpool）對 C∕2019 Y4 進行一系列的觀測，顯示原先的點狀彗星假核（pseudo-nucleus）已演化出細長形的彗星假核，長度約為 3 角秒，並且與彗尾的軸線方向一致。
這種變化形態與彗星塵埃噴出量突然下降，甚至跡近停止噴發的現象頗為一致。彗核似乎已分裂成兩塊，前方較尖的一塊與隨後截面積較寬的第二塊之間出現了間隙，因此推論彗核已開始分裂。
使用鹿林天文台的影像觀察到 C / 2019 Y4 彗星兩個碎片的詳細報告。（林忠義影像提供；林啟生、蕭翔耀、侯偉傑觀測）
其實早在 4 月 6 日，幾位天文學家就在《天文學家電報》（The Astronomer’s Telegram）中通報 C∕2019 Y4 可能已經解體的推斷，碎裂的原因可能是釋氣（outgassing）的結果，導致彗星的離心力增加。
此外，塞爾維亞天文學家斯莫里奇（Igor Smolic）和塞庫里奇（Miodrag Sekulic）使用貝爾格勒天文台（Astronomical Observatory of Belgrade）維多耶維卡（Vidojevica）觀測站的米蘭科維奇（Milankovic）1.4 米 f∕5.1 望遠鏡對 C∕2019 Y4 進行攝影，發現彗核已經分裂成至少五塊，光度由 3 月底的 7 等變暗降低至 4 月中旬的 10 等，判斷彗星可能已經解體，並且可能將逐漸消散。
亮與不亮，這是一個好問題
預測一顆彗星是否能成為明亮又彗尾悠長的大彗星是相當困難的，因為有許多因素都會影響彗星的後續表現，致使偏離預測的光度。如果彗星本身擁有一顆龐大而活躍的彗核，且近日點足夠接近太陽，在它光度最亮時沒有被太陽遮掩能從地球觀察，就有機會成為大彗星。
然而歷史上，1973 年的科侯德彗星（Comet Kohoutek，C∕1973 E1）雖然符合前述的所有標準，也曾被預測會成為壯觀的世紀大彗星，但結果並非如此。而 1976 年出現的威斯特彗星（Comet West，C∕1975 V1）彗核曾分裂成四個部分，卻從原先對它期望不高到後來意外地成為令人印象深刻的大彗星。
至 20 世紀末期，有很長的一段時間都沒有出現過大彗星，直到兩顆大彗星接連現身：
- 1996年的百武第二號彗星（Comet Hyakutake，C∕1996 B2）拖著 120 度長的長彗尾和高達 0 等的光度亮麗現身；繼它之後，海爾─博普彗星（Comet Hale–Bopp，C∕1995 O1）在 1997 年達到最大亮度 -1.4 等，而且還拖出兩條明亮而異色的彗尾。
- 21 世紀的第一顆大彗星則是麥克諾特彗星（Comet McNaught，C∕2006 P1），於 2007 年 1 月時光度高達到 -5.5 等，並且成為 40 年來最明亮的彗星，呈現出寬廣巨大的扇狀彗尾。
如同前面提及的威斯特彗星，其第一份彗核分裂報告出現於 1976 年 3 月，當時它已分裂成兩個部分。這些彗核碎片在當時是極少數被觀察到彗星發生分裂的案例，之前最顯著的例子是 1882 年大彗星。1882 年大彗星與本文所討論的 C∕2019 Y4，都同屬於「克魯茲族彗星」的成員之一。
近年來，許多克魯茲族彗星都曾被觀察到彗核於通過太陽附近的過程中，發生了分裂。這麼說來，此次令人意外沒能成為世紀大彗星的C∕2019 Y4，彗核分裂甚至面臨解體的結局，應該要算是意料中的事了囉？
感謝鹿林天文台觀測員林啟生、蕭翔耀、侯偉傑的觀測和林忠義博士提供影像。
〈本文選自《科學月刊》2020年5月號〉
科學月刊∕在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。
The post 世紀大彗星像夢想一樣說碎就碎了？C/2019 Y4彗星的發現與黯淡 appeared first on PanSci 泛科學.