5万年に一度現れる彗星が再び現れる。この彗星はなぜ緑色に見えるのでしょうか？

制作：中国科学普及協会

著者: 楊毅 (中国科学院地球化学研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

2022年3月2日、天文学者のフランク・マシ氏とブライス・ボーリン氏は、南カリフォルニアのパロマー天文台のツヴィッキートランジェントファシリティ（ZTF）を使用して、当初は小惑星だと思っていた物体を発見しました。その後の観測により、この彗星の核の直径は1～1.6キロメートルであることが判明した。当時、彗星は太陽から約6億4300万キロ離れており、木星の軌道の近くにあった。

私たちは当時発見した彗星をC/2022 E3と名付けました。これは現在2023年に予測されている最も明るい彗星です。2月1日〜2日が北半球での観測に最適な時期です。南半球では2月3日以降に徐々に見えるようになり、満月の影響で南半球では2月9日から15日までしか観測に適していません。実はこの彗星は5万年前にはすでに地球からの観測に都合の良い軌道を通過していました。この出会いはロマンチックな再会のように思えた。

この彗星は見つけやすいが、明るさが足りない

これは2023年のこれまでで最も明るい彗星予報だと述べました。 2022年11月3日には、C/2022 E3の明るさが10.2と観測され、当時予測されていた明るさより1等級近く高かった。

2023年1月12日に、彗星は近日点を通過します。近日点距離は1.11天文単位です（天文単位はAUと略され、地球から太陽までの平均距離である14,959,787,0700メートルに基づいて定義されます）。 2月2日には近地点を通過しますが、近地点距離はわずか0.28天文単位（約4189万キロメートル）です。彗星が近日点を通過すると、地球に近づくため、その明るさは急激に増加します。

彗星が地球に近づき、明るくなるにつれて、観測しやすくなります。 1月上旬の予想明るさは8等級、月末には5等級近くまで明るくなるため、観察や写真撮影には好都合な時期となります。

1月、彗星はかんむり座からうしかい座、りゅう座、こぐま座を経てきりん座へと非常に速い速度で移動しました。 1月末までに彗星は北天の極付近に移動し、北京時間1月28日から2月4日の間、その明るさは5等級前後となるだろう。 1月30日には天の北極からわずか10度しか離れておらず、彗星は北極星の真上に位置していたため、簡単に見つけられました。彗星は北京時間2月2日に近地点に到達し、2月1日から2日が北半球での観測に最も適した期間であった。 2月3日以降は徐々に南半球でも見えるようになるが、満月の影響で南半球で観測できるのは2月9日から15日の間だけ。2月11日には見かけの等級が6.5の彗星が、見かけの等級が0の火星の近くを通過する。

図 1 Stellarium ソフトウェアに基づいて計算された、北京時間 1 月 28 日から 2 月 4 日までの彗星の軌道。

（画像出典：著者自作）

これまでの説明から、彗星が明るいほど観測しやすくなるようです。 2023年に最も明るくなると予測されている彗星なので、観測しやすいのではないでしょうか？

実際はそうではありません。上記は彗星とその周囲の天体の見かけの明るさについて述べたものです。見かけの等級は天体の明るさを観測するための尺度です。 5 増加するごとに、明るさは元の値に対応する明るさの 1% まで減少します。地球上で観測されるベガの明るさは0等級と定義されます。

つまり、見かけの等級の値が大きいほど、観測される天体は暗く見えることになります。星の等級の概念は、古代ギリシャの天文学者ヒッパルコスによって初めて提唱されました。当時、人間の目で観測できる最も暗い天体は6等級程度でした。普通の双眼鏡で観察すると、9等星から10等星の星々が観察できます。

図2：この彗星は北京時間1月30日に携帯電話で撮影された。約 30 秒の露出後にはほとんど見えなくなりました。

（画像出典：著者自作）

経験上、望遠鏡や長時間露光カメラなどの補助ツールを使っても、彗星は夜空が澄んでいて光害が弱く、霞がない場所でのみ簡単に観測できることがわかっています。暗い天体に対して優れた撮影効果を得るには、望遠鏡や長時間露光カメラなどの補助ツールに加えて、対象を追跡し、地球の自転の影響を克服するための赤道儀も必要です。

図3 1965年に回帰した池谷・関彗星（-10等級）も昼間でもはっきり見えます。

（画像提供：国立天文台）

1997年に回帰したヘール・ボップ彗星（等級-1.8）、1996年に回帰した百武彗星（等級-0.3）、1965年に回帰した池谷・関彗星（等級-10、昼間にはっきり見える）、1910年4月20日に回帰したハレー彗星（等級-3.3、昼間にはっきり見える）など、前世紀のいくつかの明るい彗星と比較すると、2023年1月下旬から2月上旬に最も明るくなり、最も明るくても等級5程度に過ぎなかったC/2022 E3彗星ははるかに劣っています。

災害の兆候でしょうか?大気燃焼？彗星に関する古代の誤解

私の国は彗星観測の長い歴史があり、彗星の周期的回帰の観測記録も世界最古です。

古代中国では、彗星は「ボクシング」や「スイープスター」と呼ばれていました。『春秋記』（紀元前613年）の『晋書』には、「いわゆる掃星。基本的には恒星で、最終的には彗星になる。小さいものは数インチの長さで、空を横切る。それが見えると戦争や洪水が起こる。それらは物事を一掃し、古いものを処分して新しいものをもたらす。それらは5つの色を持ち、それぞれが5つの要素の本質に依存している。歴史家によると、彗星には光がなく、太陽によって輝く。したがって、夕方に見ると東を指し、朝に見ると西を指す。太陽の北と南を指し、光線は鈍く、長いか短い可能性がある」と記されている。これは彗星の形を正確に表しています。

しかし、古代の人々は、彗星の出現は不運をもたらすと信じていました。 1910年にハレー彗星が再び現れたときも、「南東に彗星が現れ、清朝は2年半続く」という噂が流れていた。清朝末期であったが、多くの人々はまだ彗星が災害をもたらすと信じていた。これは迷信的な考えであり、全く根拠がありません。古代ヨーロッパは、アリストテレスなどの学者の見解に影響を受け、彗星は高層大気での燃焼によって生成されると素朴に信じていました。これも、観察方法が粗雑だったために理解が限定的でした。

彗星の構成と構造

彗星は核、コマ、尾の 3 つの主要な部分から構成されます。

（写真提供：Veer Gallery）

1. 彗星の核は小さいですが、彗星の物質の本質が凝縮されています。

彗星核の体積は一般に太陽系の惑星や準惑星よりも小さく、直径は数百メートルから数十キロメートルの範囲です。知られている最大の彗星核の直径は160キロメートル以下です。彗星の核は通常、彗星の全質量の 99% 以上を占めます。

彗星の核は「隕石氷」の源の一つである可能性がある。ウィップル (1950) が提唱した彗星核のダーティスノーボールモデルは、彗星の主成分が多孔質の固体水氷、二酸化炭素、一酸化炭素、アンモニア、メタン、シアン化水素の混合物、および少量のミクロンからミリメートルサイズの塵のような固体ケイ酸塩および硫化鉱物であることを鮮明に反映しています。彗星の核から生成された隕石の氷は、非常に有毒である可能性が高く、一部の古代の迷信が信じているように「万能薬」とみなすことはできないことがわかります。

彗星の核の色は単一ではなく、多様です。いくつかの彗星は表面に水の氷が豊富にあるため、灰色がかった白色に見えます。いくつかの彗星は表面に炭素や炭化水素が豊富に含まれているため黒く見える。長周期または非周期の彗星の中には、太陽光の下で赤く見える土のような固体のメタン、エタン、またはメタンハイドレートを含むものもあります。

この赤い土のような物質には独自の名前があり、それはソリンと呼ばれています。カイパー (1951) は、ソリナイトを構成する成分は太陽系外縁部の寒冷な条件下でのみ集まり、形成されると信じていました。彗星に加えて、いくつかの氷衛星、ケンタウルス族、太陽から 30 天文単位以上離れた準惑星、その他の天体でも見ることができます。例えば、冥王星、トリトン、タイタンには赤いソリン土で構成された地形があります。

その後、海王星の軌道の外側の領域で、水の氷、固体のメタン、アンモニアの氷、窒素の氷、固体のシアン化物を主成分とする天体が何千個も発見されました。氷の天体が多いこの地域はカイパーベルトと呼ばれています。科学者たちはまた、構成の類似性と軌道の幾何学的関係を分析することで、ほとんどの彗星の故郷がカイパーベルトとオールトの雲であることを確認した。

2. コマは彗星に色を加えます。

天文学愛好家が撮影した多くの写真では、彗星C/2022 E3は明るい緑色に写っています。しかし、その核自体は緑色ではなく、また、空気中から十分に強い緑色の光を放射することもできません。

緑色の光はどこから来るのでしょうか?この「緑の彗星」の核の前端の外側にある緑色のハローがコマです。同様に、2017 年 4 月 1 日には、41P 彗星が近地点を通過し、最接近距離はわずか 0.142 AU でした。この彗星が戻ってくるときに緑色のコマも観測される可能性があります。

コマの緑色の光は、C2 分子が紫外線下でイオン化された後の可視光帯域の発光スペクトルから生じます。その原因は、太陽の光、熱放射、太陽風により、固体の彗星核の混合物質の一部が昇華または蒸発し、化学的に分解して C2 分子が生成されることです。 C2分子は紫外線照射によりさらにイオン化・励起され、青緑色の蛍光を発し、彗星核の移動方向先端付近に球殻状の緑色コマを形成します。しかし、このプロセスは主に彗星の核の前端に限定されており、彗星の尾に到達する前に消滅します。

さらに、彗星の核が太陽から約 1 天文単位離れている場合、コマの直径は約 10 万キロメートルになることも付け加えておく必要があります。このとき、コマを形成するガスは彗星核の表面で急速に噴出し、彗星核に対する平均速度は秒速0.5キロメートル程度になります。彗星の核が太陽から遠ざかると、コマの直径は減少する傾向があり、逆もまた同様です。

3. 彗星の尾は、サイズが非常に大きく、濃度が非常に低いです。

彗星の尾は、太陽光、熱、太陽風の粒子が彗星の核とコマに作用したときに、彗星の核の運動方向の後端によく見られるガス、塵、プラズマの薄い煙です。通常は近日点付近にのみ現れます。コマと同様に、彗星の尾の大きさも核と太陽の距離とともに大きくなる傾向があります。

彗星の尾はまばらな物質で構成されていますが、プラズマ彗星の尾やダスト彗星の尾を含め、幅は数千から数万キロメートル、長さは数億キロメートルに及びます。プラズマ彗星の尾は太陽光から離れる方向と平行な光線状に分布しており、一般的に青く見えます。塵彗星の尾は大部分が黄色または橙赤色で、一般的に彗星核の移動方向とは反対の方向を向いており、直径が数ミクロンから数ミリメートル程度の塵で構成されています。その鉱物組成は、変成や分化を受けていない太陽系の元の物質であるコンドライトに似ています。

図6 ヘール・ボップ彗星の尾の模式図

(画像出典: https://www.wikiwand.com/en/Comet 彩度とコントラストは調整済み)

一部の彗星（前述の「ヘール・ボップ彗星」など）には、中性ナトリウム原子を含む「ナトリウム彗星の尾」があり、これは通常肉眼では見えず、分光器や検出器を使用してのみ識別できます。その形成メカニズムについてはいまだ議論の余地がある。光化学分解によるものだと考える学者もいれば、彗星の塵の摩擦と衝突によって生じた瞬間的な高温がナトリウム塩の蒸発につながると考える学者もいる。

彗星の尾が引き起こした「終末」騒動

1910年にハレー彗星が再来しようとしていたとき、フランスの科学者フラマリオンと米国のヤーキス天文台の研究者らがハレー彗星の尾のスペクトル観測を行い、尾にはシアン化物、シアン化水素、一酸化炭素などの非常に有毒なガスが含まれていると考えた。

この結論は当時大きな騒動となり、彗星の再来によって大量の有毒ガスが地球の大気圏に持ち込まれると信じる人も少なくなかった。一時期、ガスマスクや解毒薬が人気商品になった。一部の迷信深い団体は、この機会を利用して「彗星終末説」を唱えたり、「解毒魔術」や「解毒お守り」を宣伝して財を成そうとさえした。

しかし、ハレー彗星が予想通り到来したとき、以前予測されていた「有毒災害」は発生しなかった。これは、彗星の尾の物質が極めて薄く、彗星の総質量の99%以上を占める可能性がある前述の彗星核とは異なるためである。彗星核のシアン化物は「濃縮されたエッセンス」です。分光観測は感度が高く、たとえ彗星の尾に地球上の生命に広く害を及ぼすほどの濃度に達しない毒性の高いガスが含まれていても、観測することが可能です。

実際、彗星の中には毒性の強い物質をかなりの割合で含んでいるものもあるが、その核の直径は一般的に数キロメートルで、彗星の尾全体を構成するガスや塵の物質の総量は数千万モル程度であり、そのうち毒性のある揮発性物質のモル割合は約 15% にも達する（主にシアン化水素、シアン化ガス、一酸化炭素など）。しかし、宇宙空間は高真空であるため、ガスは急速に消散し、彗星の尾全体の有毒ガスの平均最大濃度はわずか 2×10-11 mol/m3 程度になります。

人体に有毒なシアン化水素の最低濃度は約 10-7 mol/m3 で、これは彗星の尾の有毒ガス濃度の約 5,000 倍です。つまり、彗星の尾の有毒ガス濃度は、人体に有害な濃度のわずか 5,000 分の 1 以下です。したがって、地球から彗星を観察する場合、彗星が地球に衝突しない限り、中毒を心配する必要はありません（ただし、本当に彗星が地球に衝突した場合は、中毒の心配はなくなるかもしれません）。

結論

人類の科学の進歩により、彗星に関する多くの噂が否定され、私たちは徐々に自然の真実を明らかにしつつあります。すでに5万年前に地球に衝突していたこの彗星を再び観測することで、現代の科学的手法を用いてロマンチックな星空を理解できる条件が整いました。

編集者：郭雅新

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