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彗星的起源
一、彗星是怎样产生的
关于彗星的起源目前较普遍的看法是：非周期彗星和长周期彗星来自奥尔特云，短周期彗星来自柯伊伯带，虽然人们并没有观察到奥尔特云和柯伊伯带，但仍然有些人相信它的存在，且在冥王星外侧发现几十个小天体，于是有些人认为这就是柯伊伯带了。其实这两个观点都不正确，因为在所谓的奥尔特云和柯伊伯带里物质相当稀薄，不可能凝聚成脏雪球状的彗星核，就是那里有小天体，也很难进入到太阳系里面，因它受太阳的摄动力也太微弱了，太阳对它的摄动加速度都小于0.147×10-8和0.37×10-3cm/s2，而其它天体（如行星和外恒星）对它的摄动就更小了，不可能使那里的天体受摄后进入太阳系内部，所以即使有奥尔特云和柯伊伯带也不会产生彗星。
彗星的真正发源地是太阳系里类木行星的光环，这是千真万确的事实。理由之一是科学家经过多年观测和近距离考查发现光环物质和彗星物质一模一样。彗核是由冰和其它易挥发物质的冰（笼形化合物）及硅酸物质高度不均匀的集合体构成的（格拉斯《行星地质学导论》327页），彗核温度低于200K，彗核是一种脏雪球状的物质。根据“先驱者11号”探测器提供的资料，土星环物质是由冰和冰包裹着的硅酸盐等物质构成，环物质颗粒含有笼形化合物，光环温度在93K以下，环内这些碎脏冰块实际也是脏雪球状的物质。二者在物质成分、结构状态、体积大小和密度都基本相同，而且都处于低温状态。这就证明光环物质和彗星物质是同一种物质。理由之二是光环具有不稳定性，它造成环物质脱离光环，四颗类木行星都有光环，海、天、木环暗弱些，土星环最为明亮壮观。以土星环为例，目前观测到土星环是由成百上千条细环组成，有些环明显的偏心了，F环成发辫状，表明它由几个环扭结在一起的，D环是从C环边界伸延到土星大气层，而外部的E环向外延续很远，达48万公里，这些现象表明土星环具有不稳定性。又如天王星的ε环呈椭园轨道，近星处窄而密，远星处宽且薄，光环取向不断变化，这也是光环不稳定性造成的。光环的不稳定性是客观存在的事实，已被观测所证实。那么它是怎样产生的？主要由于光环受本星体的潮汐作用和受到太阳、行星及众卫星的摄动，还受行星磁场和辐射带的影响，以及光环内物质间的相互碰撞。太阳和行星对地月系统的摄动使月球以每年3厘米的速度远离地球，同样的，太阳和行星对类木行星光环也必有摄动作用。又如木星和土星相互摄动，在相冲时的三年里，使木星偏离轨道40万公里，而土星偏离轨道为135万公里，那么二行星的光环也必受摄动。太阳和行星的摄动远没有众卫星对光环的摄动强烈，比如海王星光环受到海卫一的起潮力是月球对地球海洋起潮力的3倍多（虽然海卫一比月球略小些，但海卫一到光环距离不足30万公里，比月地间距离38公里要近些，所以起潮力也要大些），地球上海洋潮汐现象大家都看到了，那么海王星环的潮汐现象就可想而知了。光环还和某些卫星轨道发生共振，出现可公度周期，这就更加强了光环粒子的受摄作用。光环受到的摄动都是周期性的，犹如一个小孩荡秋千，每当秋千荡回来大人都推他一把，则秋千会越荡越高。光环里物质受到摄动后动能也会逐渐增加，经过长时间的能量积累，总有一天环质点的速度会达到逃逸速度，便从光环里飞出来了。光环的不稳定性势必造成环轨道发生改变，由园轨道变成椭园轨道，有一部分环物质形成抛物线或双曲线跑掉了，光环物质减少有两个去向，一是受本星体的潮汐作用使内环物质旋进落向本星体，如土星的D环就是这样形成的，另一个去向就是受环外天体的摄动使光环物质向外运动，如E环，最后，部分物质脱离光环进入太阳系内，这就是彗星。
光环物质形成的彗星是否被我们观测到了？有。如1981年美国衣阿华大学弗兰克等科学家从“动力学探测者1号”卫星资料上发现大量小彗星闯入大气层上空，在15万公里高空时的速度近10km/s（有的资料为9.6 km/s），由此他们推想地球上的水是由小彗星带来的，那么这些小彗星是从何处而来？显然小彗星不可能在奥尔特云、柯依伯带和太阳系以外的地方，因为太阳俘获彗星的效率太低，也不可能在小行星带内侧，因为那里温度较高，不可能有冰质彗星存在，只有在外行星区间了，在外行星中土星环是由碎冰块组成的，它的逃逸速度恰巧是9.6 km/s，和小彗星的速度相当。这不是偶然的巧合，正说明小彗星是从土星光环里飞出来的，地球多处发现的陨冰也是从土星环里飞出来的。另一个事实就是1994年彗木相撞的现象，那颗苏梅克——利维9号彗星，1993年3月发现时距木星仅4°远，这个位置恰在木星的引力作用球边缘上，据约曼斯（D·K·Yeomans）和乔达斯（P·C|hodas）推算，这颗彗星至少从1990年就绕木星运行了，1992年7月8日过近木星点，1993年7月16日到达远木星点，然后再转向木星运行，于1994年7月与木星相撞。这已明明白白地说明这个彗星是从木星光环里飞出来又回落到木星上。假设它是外来彗星经过木星附近时被俘获来的，稍有物理常识的人都知道，它本身的动能不减少速度不放慢是不会进入绕木星轨道的，当然也就不会被木星俘获，它经过木星附近只能改变轨道方向或者增加速度。苏梅克——利维9号彗星的偏心率很接近木星的轨道偏心率，近园形轨道又说明了什么？任何一颗彗星由椭园轨道演变成近园轨道必须有几十个运行周期不可，可在这之前谁也没发现它， 这不会是所有天文观测者的疏乎吧，显然在这之前它不是彗星，还在木星光环里呢。上述这两个事实足以证明彗星是从类木行星光环里产生的。
那么环质点是怎样从光环里跑出来形成彗星的呢？首先应该知道每个光环都有三个速度值，即环绕速度、逃逸速度和脱日速度（即脱离太阳系的第三宇宙速度）。以海王星1989N1A环为例，它相对海王星的环绕速度是10.44 km/s，逃逸速度是14.76 km/s，脱日速度是14.93km/s，光环质点长期受到摄动作用动能会逐渐增加，质点速度越来越大，环轨道也就逐渐拉长，由圆轨道变成椭圆轨道，其远星点总是朝向太阳方向，近星点则是背向太阳方向。在近星点速度最大，远星点速度最小，当环质点速度值达到逃逸速度14.76 km/s时，质点刚好到达海王星引力作用球边缘，此际它将以太阳引力作用为主，进入绕太阳运行的日心轨道，这时质点的日心速度和海王星的公转速度一致，即为5.43km/s。当环质点速度大于14.76 km/s小于14.93km/s时，环质点到达海王星引力作用球边缘的速度要大于零，这时质点速度和海王星公转速度的矢量和是它进入太阳系的初始日心速度，质点成了绕太阳运行的周期彗星，轨道为椭圆形。显然环质点在光环里速度越接近14.93km/s，则它形成彗星的椭圆轨道会拉得越长，运转周期也会越长，这就是长周期彗星。如果环质点在光环内的速度等于或大于14.93km/s时，则它将飞出太阳系形成非周期彗星，轨道为抛物线或双曲线。我们注意到环质点的逃逸速度和脱日速度仅有0.17km/s的微小差距，在这狭窄的速度区间内形成的是周期彗星，实际上质点运行到引力作用球边缘时往往速度会略大些，就要形成长周期彗星或非周期彗星多一些。其它行星的光环也都有同一性质，所以我们观测到的短周期彗星仅占五分之一，而长周期彗星和非周期彗星要占五分之四。四颗类木行星光环飞出物形成周期彗星的日心速度范围是：（速度单位用km/s）海王星环彗星为5.43——7.68，天王星环彗星为6.8——9.6，土星环彗星为9.6——13.6，木星环彗星为13.06——18.5。计算表明短周期彗星平均轨道速度都在上述速度范围内，唯有恩克彗星例外，它的平均轨道速度是19.8 km/s，超过18.5 km/s，原来它已运行60多个周期，呈现轨道长半径缩短周期变小的状态，它的平均轨道速度增大了，某些长周期彗星的平均轨道速度小于5.43 km/s，这是怎么回事？原来这些彗星从光环里飞出来速度很大，接近脱日速度，在距太阳遥远处入轨，平均轨道速度要小于5.43km/s。通过计算彗星的平均轨道速度可以大致判断它的来源。以大家熟知的哈雷彗星为例，它的平均轨道速度是7.06 km/s，轨道逆行，彗星核黑，它从何处而来？天王星光环与公转轨道成98°交角，从这个光环飞出来 的物质最易形成逆行轨道，又知环物质反照率为0.04，呈暗黑色，和哈雷彗星核颜色一样都是黑色的，天王星环彗星的轨道速度范围是6.8——9.6 km/s，而哈雷彗星平均轨道速度恰在此范围内，可以断定哈雷彗星是从天王星环里产生的，用同样方法可大体判断短周期彗星的发源地。
那么奥尔特云和柯伊伯带是否存在？笔者认为，当非周期彗星从太阳系内部飞出来一去不复返时，它可能还在太阳的引力作用范围内，有可能在那里形成“云”或“带”，但这不是彗星的发源地，而是彗星的归宿地，那里的彗星经过长时间自然升华，彗星核会自动解体变成宇宙尘了。
二、彗星期及对地球的影响
四颗类木行星都有光环，是这类质量大密度小转速快行星的共性，当初太阳系刚形成时四颗类木行星光环都比现在土星环庞大得多，只因光环具有不稳定性，使某些光环物质先后丢失了，海天木环仅剩残余部分，看去十分暗弱，而土星的外环也丢失一部分。当初每个光环质量大约是本星体质量的十万分之几，它分居在洛希极限两侧，从距本星体中心1.3倍或1.5倍半径处伸延到近3倍半径远处，光环厚度不超过一公里，这些光环都受太阳、行星和本星体众卫星的摄动，尤以质量较大距离较近卫星对环的摄动最为强烈，每个行星都有几个或十几个卫星，因此光环受摄状况不一样，有强有弱，形成的彗星有先有后，如海卫一距海王星环不足30万公里，而土卫六距土星环有120多万公里，前者强后者弱多了。环物质经过长时间周期性摄动能量积累越来越多，当某个质点达到逃逸速度时，将会有更多质点陆续也达到逃逸速度，于是有大量环物质从光环里飞出来，太阳系也就有了大量彗星，我们将这个时期叫做彗星期，在40亿年里太阳系出现过四次较大的彗星期，根据光环受摄的强弱程度，依次分为海王星彗星期、天王星彗星期、木星彗星期和土星彗星期，又因为每个光环物质的丢失是从外向内逐次发生的，所以每个彗星期又分为亚彗星期，有时还会有两个行星光环的亚彗星期交替出现。在两次彗星期之间有较少彗星出现叫做彗星间歇期，目前太阳系正处在彗星间歇期内。
彗星期的出现必对地球产生一定影响，众所周知地球是从高温熔融状态凝固而成，初期地球不会有大气层、水圈和有机碳，更不会有生命物质。而现在地球上有1.4×1018吨水，6.4×1015吨有机碳和空气中3.8×1015吨氮，这些物质从何而来？不会是地球自身的火成岩演变而来的，那么只有从地外寻找原因了。天外来客的彗星核里正好具备这些物质，说明地球在漫长的演化过程中曾降落过若干次彗星雨，近些年来，加利福尼亚理工学院的科学家们利用稀有同位素氦3作为地外物质指示剂，成功地发现了彗星雨的确凿证据。说明地球在过去降落彗星雨是确定无疑的事实。我们可以设想：当太阳系出现彗星期时地球上降落了蔚为壮观的彗星雨，大量的零下200℃的彗星物质厚厚地覆盖在地球表面上将会是什么样子？势必使地球进入寒冷的冰冻状态——即地质书上称谓的大冰期。又据哈佛大学霍夫曼等科学家经过多年严密的科学考查，证明地球过去曾是一个冰冻的雪球，从7.5亿年前到5.8亿年前之间出现四次之多，全球到处是冰川，就连赤道附近的热带地区也都冻住了，其实地球成为雪球何止四次！在40亿年来曾发生许多次。地球成为雪球光靠气候变化形成的降水是办不到的，如果和彗星雨联系到一起，就把地球过去出现的冰期和彗星期对应起来，问题就解决了。大约在39亿年前，海王星彗星期首先出现，降落在地球上的彗星雨是海王星环物质，温度在零下200℃以下，甲烷、氨和水冻结成的脏雪球状彗星直击地面，其中甲烷等碳氢物质占的比例较大，全球覆盖着厚厚的冰雪物质，初期地球还没有形成大气层，也就没有温室效应，地球在很长时间里处在低温冰冻状态，由于地壳活动放出的地热和太阳辐射，地球温度渐渐回升，首先是甲烷开始熔解，此际地球形成多处甲烷海，如同现在观测到的土卫六一样，上面是冰雪覆盖，下面是甲烷湖海，液态的甲烷等碳氢物质随地壳变迁和自行渗入地下形成石油，地表上的物质在强烈的紫外线照射下发生分解，甲烷分解为氢和碳，水分解为氢和氧，氨分解为氢和氮，氢气很轻逐渐散逸掉，部分碳和氧在阳光和地热作用下化合形成二氧化碳和一氧化碳，氮不活泼，成为游离状态，地球渐渐形成较薄的大气层，原始大气层由二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氨和氮等气体组成。经过漫长的时间，大气层的密度达到足够大时才产生温室效应，冰雪地球开始溶化。渐渐露出地面，某些生命物质开始出现。在七亿五千万年前，太阳系出现了天王星彗星期，又有大量天王星环物质降落地球表面，地球又变成零下200℃的雪球，全球被厚厚的冰川覆盖。由于大气层中甲烷和二氧化碳等温室气体的增加，地球温度升高，冰川消退，到五亿八千万年前雪球地球出现四次之多，水的海洋形成，在海底沉积些含甲烷的水合物，在陆地上甲烷分解形成碳和碳化物，有的随地壳变迁沉入地下形成煤，气候变暖，生物得到空前发展。在二亿五千万年前太阳系出现木星彗星期，大量木星环物质降落地球上，木星环水的成分较多，这次冰期以水冰为主，由于大气层密度增大，温室效应作用较强，冰川期没有前几次那么长，冰雪溶化形成全球性大海洋，几乎淹没所有陆地，全球大海洋存在时间很长，过量的海水对地球的滞后作用使地球自转速度变慢，大陆开始分裂，形成了东西两半球陆地，后来海水不断蒸发，陆地渐渐露出水面，当时的气候非常温暖湿润，最适合动植物的生长，各种生物得到更大的发展。在190万年前土星彗星期出现，降落在地球的土星环物质又使地球变成雪球。地球进入第四纪冰川期，但这次彗星物质没有前几期降落的多，仅有部分生物灭绝，迫使存活下来的生物向更高层次发展和进化，直至出现人类。可以看出太阳系出现彗星期对地球多么重要，影响地球向非线性发展和演化，至使地球形成大气层、水圈和生物圈。并造就地下的煤和石油。（有人认为石油是动物尸骸沉入地下形成的，煤是植物沉埋地下形成的，试想中东地区每天都有数百吨石油喷出，成年累月不间断，那么得有多少动物尸骸才能形成这么多石油？有这种可能吗？同样，地下煤层有的厚达几十米，那么有多少植物罗起来积压成这么厚的煤层？有可能吗？）还有大洋底下的大量气体水合物，也都是遗留下来的彗星物质。
彗星期不仅影响地球发生重大变化，同样对太阳系内其它天体也造成重大影响。如月球上的环形山和火星上的水痕迹，都是降落彗星雨造成的，只因为火星引力不足、大气层稀薄，不能形成水的循环，致使火星上的水全部蒸发掉了，变得干燥起来，估计火星表面下会贮藏一定数量的水，或者还有石油。通过观察到月球和火星的彗星物质遗迹，可以帮助了解当初地球降落彗星雨的情况，一次次降落的彗星雨，给地球带来一次次重大的灾难，但同时促进生命一次次向更高层次发展和进化，直到出现一个高度文明的地球。
三、结论
1、彗星起源于类木行星光环，这是确定无疑的事实，今后还会有更多的证据证明此观点的正确性。
2、太阳系出现彗星期是极为重要的天文事件，不仅促使地球非线性发展和演化，而且造就了一个蓬蓬勃勃的生命世界。地球上降落的彗星物质之巨，可从地球上有机碳、水和氮的总量得以证实。彗星问题搞清楚了，地球上的一系列未解之谜将迎刃而解，诸如：地质历史上的冰期问题、恐龙灭绝之谜、大气层的形成、水的来源、生命的起源、石油和煤的成因，以及海洋底下气体水合物的形成等等，都会因之而彻底解决。
3、彗星期期间内，其它天体（如月球和火星）也同样降落大量彗星雨，必将遗留下相当数量的彗星物质，对人类移居月球和火星、开发那里的资源提供了一条有力依据。
参 考 文 献
1、（美）格拉斯（B·P·Glass）《行星地质学导论》。
2、南京大学地质系编《地球化学》。
3、胡中为、王尔康编著《行星科学导论》
4、马培英、马啸春《彗星的起源和彗星期》
《科学》（Scientific American）1997——4期（224期）
5、J·X·Lun D·C·Jewitt《Kuiper带》
《科学》（Scientific American）1996——9期（217期）
6、P·R·Weissman《奥尔特云》
《科学》（Scientific American）1998——12期（244期）
7、P·F·Hoffman D·P·Schrag《雪球地球》
《科学》（Scientific American）2000——5期（261期）
8、胡中为、闫林山《举世瞩目的“彗木之撞”》
《自然杂志》1995——第17卷2期
9、胡中为、闫林山《地球之水天外来——大气洞小彗星及陨冰》
《自然杂志》1995——第17卷5期
10、易照华《天体力学基础》