Japanese/Reader/彗星

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This is a snapshot of the Japanese Wikipedia's article on comets, taken on 27 Oct, 2005. The links and the more extraneous references have been removed.

彗星

コホーテク彗星 1974年
File:CometWest.gif
ウェスト彗星 1976年

彗星（すいせい、英語:Comet）は、太陽系にある氷や塵などでできた小天体のうち、太陽に近づいて一時的な大気であるコマや、コマの物質が流出した尾（テイル）を生じるものを指す。尾が伸びる姿からほうきぼしとも呼ばれる。（「彗」とは「ほうき」のことである。）彗星と小惑星とはコマや尾の有無で形態的に区別するため、太陽から遠方にあるうちは、彗星は小惑星と区別がつかない。平均的な彗星は、太陽からおおよそ3天文単位（3AU）以内の距離に近づくとコマや尾が観測されることが多い。この距離は火星軌道と木星軌道のほぼ中間に当たる。

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Kanji Kana English Notes
太陽系 たいようけい solar system 太陽 = sun
塵 ちり dust; dirt. This character can also be read ごみ, which means "rubbish".
小天体 しょうてんたい a small heavenly body. 天体 (てんたい) is "heavenly body".
一時的 いちじてき temporary; short-lived.
大気 たいき atmosphere
コマ
物質 ぶっしつ material; substance
流出する りゅうしゅつする
尾 お tail
生じる しょうじる to produce
伸びる のびる to extend
姿 すがた shape; figure
呼ばれる よばれる to be called 呼ぶ = to call – e.g., to call someone something
小惑星 しょうわくせい asteroid 惑星 = planet
火星軌道 かせいきどう Mars orbit 火星 = Mars; 軌道 = orbit
木星軌道 もくせいきどう Jupiter orbit 木星 = Jupiter

彗星は、太陽を焦点の1つとする楕円、放物線あるいは双曲線の軌道をとる。太陽に近づく周期（公転周期）は、数年程度から数百万年以上まで大きな幅があり、中には二度と戻ってこないものもある。彗星が太陽に近づいた時に放出された塵は、流星の元となる塵の供給源となっている。彗星の中には肉眼でもはっきり見えるほど明るくなるものもあり、不吉なことの前兆と考えられるなど、古くから人類の関心の的となってきた。彗星の出現の記録が古文献などに残っていることも多い。古代ギリシアの時代から長い間、彗星は大気圏内の現象だと考えられてきたが、16世紀になって、宇宙空間にあることが証明された。彗星の性質などには未だに不明な点も多く、彗星の核に探査機が送り込まれるなど、現在でも大きな関心が寄せられ、研究が活発に続けられている。

彗星には、発見報告順に3人まで発見者の名前が付けられる。彗星を熱心に捜索する「コメットハンター」と呼ばれる天文家もいるが、近年は多くの彗星が自動捜索プロジェクトによって発見されるようになっている。

物理的特徴

彗星の本体は核と呼ばれる。核は純粋な氷ではなく、岩石質および有機質の塵を含んでいる。このことから、彗星の核はよく「汚れた雪玉」に喩えられる。核の平均的な直径は数百m程度で、小さく暗いものでは数十m、非常に大きいものでは稀に50kmほどに達する。質量は、大きさによってかなり異なってくるが、直径1km程度の彗星で数十億トン単位、10km程度の彗星で数兆トン単位であると考えられる。これは、地球の山一つ分ほどに相当する。氷の構成成分を分子数で見ると、80%以上は水(H2O)で、以下量の多い順に一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO2)、メタン(CH4)と続き、微量成分としてアンモニア(NH3)やシアン化水素(HCN)などが含まれる。双眼鏡や望遠鏡で見た時に青緑色に見えるのは、これらの微量成分が太陽光で解離してできる C2（炭素が2つつながったもの）や CN などのラジカルの輝線スペクトルが強いためである[1]。

彗星の運動と尾の方向の関係 太陽に接近すると尾が生じる。イオンの尾はほぼ常に太陽と逆の方向を向いているが、塵の尾は曲線状になる

太陽から遠いところでは、低温のため核は全て凍りついており、地球上から見てもただの恒星状の天体にしか見えない。しかし、彗星が太陽に近づいていくと、太陽から放射される熱によってその表面が蒸発し始める。蒸発したガスや塵は、非常に大きく、極めて希薄な大気となって核の周りを球状に覆う。これはコマと呼ばれる（これは「髪」という意味であり、実際に古くは日本語訳されて「髪」と呼ばれることもあった）。そして、太陽からの放射圧と太陽風により、太陽と反対側の方向に尾が形成される。尾には、ダストテイル（塵の尾）という、塵や金属から構成された白っぽい尾と、イオンテイル（イオンの尾）という、イオン化されたガスで構成される青っぽい尾がある。ダストテイルは曲線状となる。これには、核から放出された塵が独自の軌道で公転するようになり、徐々に核本体から遅れていくため、また、太陽の自転により太陽風が渦巻いていたり、太陽の光の圧力（光圧）の影響なども受けるためなどの理由がある。これに対し、イオンテイルは、ガスが塵より強く太陽風の影響を受け、太陽の引力よりも磁場に従って運動するため、太陽のほぼ反対側に直線状に伸びていく。ただし、太陽風の乱れによって、時には折れ曲がったりちぎれたりするなど、激しい変化を見せることもある。なお、地球が彗星の軌道面を通過するとき、彗星の曲がった塵の尾と地球との位置の関係で、見かけ上太陽の方向に尾が伸びているように見えることがあり、アンチテイルと呼ばれる。しかし、実際に太陽に向かって尾が伸びているわけではない。

コマや尾は、核に比べて非常に規模が大きくなる。コマは時には太陽（直径約139万km）よりも大きくなることがある。また、尾も1天文単位以上の長さになることがある。1996年春に明るくなり、観測史上最も尾が長く伸びた百武彗星では、尾の実長は実に3.8天文単位（5億7000万km）にも達した。コマと尾はどちらも太陽に照らされ、太陽系の内側に入り込んでくると地球から肉眼で見えるようになることもある。塵は太陽の光を直接反射し、ガスはイオン化されるため明るく輝く。ほとんどの彗星は暗すぎて望遠鏡が無ければ見ることができないが、10年に数個ほどは、肉眼でも十分見えるほどに明るくなる。望遠鏡が発明される以前は、彗星は夜空の何も無いところから現れ、ゆっくりと見えなくなって消えていくように考えられていた。

驚くべきことに、彗星の核は、太陽系に存在する物体の中でも最も黒い物体である。探査機ジョットは1986年にハレー彗星の核に接近し、核の光のアルベド（反射能）が4％であることを発見した。また探査機ディープ・スペース1号も2001年にボレリー彗星に接近して観測を行い、核の表面のアルベドが2.4％から3％程度しかないことを発見した。これは、月やアスファルトの光のアルベドが7％なのと比較するとかなり小さい値である。複雑な有機化合物がこのような暗い表面を構成していると考えられている。太陽によって表面が熱せられると揮発性の化合物が、非常に暗い傾向のある長鎖の化合物を残して蒸発して飛び去ってしまい、石炭や未精製の石油のように黒くなる。彗星の表面が非常に黒いため、熱を吸収して外層のガスが流出する。

1996年、百武彗星の観測から彗星がX線を放射していることが発見された。[2]彗星がX線を放射していることはそれまで予測されていなかったため、この発見は研究者たちを驚かせた。このX線は彗星と太陽風との相互作用により生じると考えられている。イオンが急速に彗星の大気に突入すると、イオンと彗星の原子や分子が衝突する。この衝突により、イオンは一つか複数の電子を捕獲し、それがX線や遠紫外線の光子の放出につながると考えられている。[3]

軌道の特徴

惑星の軌道、カイパーベルト、オールトの雲の位置関係 左上図には内惑星と小惑星帯、オレンジ色の木星軌道が描かれている。右上図には紫色の冥王星軌道とカイパーベルトが見える。左下図にある空色に塗られたオールトの雲はこれらとは比較にならないほど遠方に広がっている。

彗星は、軌道を廻るのにかかる周期によって分類される。短周期彗星は周期が200年以下の楕円軌道をとるものである。長周期彗星はそれ以上の周期を持つ楕円軌道をとるが、太陽の重力的束縛は受け続ける。彗星が太陽の近くへ戻ってくることを「回帰」と呼ぶ。中には放物線軌道や双曲線軌道をとり、一度太陽に接近するとそのまま太陽系の外へ出ていってしまい二度と戻ってこないものもある。これは英語では「Single-apparition comets」と呼ばれる。一方、最も周期が短い彗星としてエンケ彗星が知られている。この彗星は僅か周期3.3年の楕円軌道をとり、木星の軌道の外側に出ることが無い。短周期彗星はカイパーベルトを起源に持つと考えられ、ハレー彗星を除き、大型の彗星は少ない。一方長周期彗星の起源はオールトの雲にあると考えられ、大彗星になるものが多い。特に、以前の観測記録が無い大型の彗星は、太陽系の起源を知る上で重要な手がかりとなると考えられている。

小惑星は比較的円に近い楕円軌道を描いているものが多いのに対して、彗星は非常に細長い楕円や放物線、双曲線の軌道をとるものが多い（軌道の離心率の値が大きい）。彗星がなぜ極端な楕円軌道になるような摂動を受けるのかを説明するために、様々な説が提唱されてきた。有名なものとして、銀河系の中の恒星が太陽の近くを通過したことにより、太陽系外縁部の小天体の軌道が掻き乱され、その一部が太陽へと落下してくるとする説や、ネメシスという太陽の連星、あるいは未知の惑星Xの存在を仮定して、その重力的影響によるものだとする説などがある。

1950年、天文学者のヤン・オールトは、長周期彗星の軌道計算を行い、遠日点が太陽から1万天文単位～10万天文単位（約0.1光年～1光年）の距離のものが多いことを発見した。そこでオールトは、オールトの雲と呼ばれる、小天体が多く集まる領域が太陽系の外縁部に存在するという仮説を提唱した。この仮説は広く受け入れられ、それ以後彗星はオールトの雲に起源を持つと考えられるようになった。オールトの雲に存在する天体は、時々お互いに重力的相互作用（摂動）を起こし、一部が太陽の引力に捉えられて極端な楕円軌道を描くようになり、太陽に非常に接近するようになる。

現在では、彗星はオールトの雲とエッジワース＝カイパー・ベルトに起源をもつと考えられている。いずれも、太陽系形成期に存在した原始太陽系星雲で形成された微惑星または微惑星が集まった小天体が残っていると考えられている領域である。太陽から3AU以遠では比較的凝固点の高い物質がすべて凍り、岩石質の物質の総量を上回るため、微惑星の主成分は氷になる。オールトの雲は、主として木星や土星が形成される付近の軌道にあった氷小天体が、形成後の木星や土星に弾き飛ばされたものと考えられ、太陽系を球殻状に取り巻いている。エッジワース＝カイパー・ベルトは海王星以遠の氷小天体が惑星にまで成長できずに残ったものと考えられており、黄道面をはさんで環状に広がっている。したがって、オールト雲起源の彗星の方がエッジワース＝カイパー・ベルト起源のものより形成温度が高いと考えられている。

彗星は質量が小さく、軌道が楕円であるため、周期的に巨大な惑星に接近し、その度に彗星の軌道は摂動を受け変わる。短周期彗星は、遠日点までの距離が、巨大な惑星の軌道半径と同じになるような強い傾向が見られる。これらは木星族、土星族、天王星族、海王星族の彗星などと呼ばれる。その中でも、木星の軌道付近に遠日点を持つ木星族の彗星が特に多い。オールトの雲からやってきた彗星は、しばしば巨大な惑星に接近し、重力の強い影響を受ける。特に木星は、他の惑星を全て合計したより2倍以上大きな質量を持っているため、非常に大きな摂動を彗星に与える。

また、重力的な相互作用により軌道が変わったため、、過去数十年や数世紀の間に発見された周期彗星のうち、その彗星が将来どこに現れるか予測できるほど良く軌道が定まっていなかったいくつかが見失われている。しかし時折、「新」彗星の過去の軌道を遡ることにより、古い「見失われた」彗星と同一だと判明することがある。その例として、テンペル・スイフト・リニア彗星が挙げられる。この彗星は1869年に発見され、「テンペル・スイフト彗星」と命名されたが、木星の摂動により軌道が変わり、1908年以降見失われていた。しかし、2001年、LINEARが偶然発見した「リニア彗星」(C/2001 X3)が、発見後しばらくしてテンペル・スイフト彗星と同一の天体だと判明し、93年ぶりの再発見が認定されるとともに、名前がテンペル・スイフト・リニア彗星に変更されることとなった。

彗星の軌道に関する特徴の一つとして、軌道面の傾き（軌道傾斜角）が非常に大きいものが多いということが挙げられる。太陽系の惑星は、冥王星を除いて、軌道傾斜角は概ね数度程度、大きくても10度以内に収まっている。また、小惑星も、20度から30度程度まで傾いているものは多いが、軌道傾斜角がある程度小さいものが多い傾向はある。短周期彗星も、惑星の摂動により軌道を変えられた影響もあって、軌道傾斜角が小さいものが大半を占める。しかし、長周期彗星は、黄道面とほとんど垂直な軌道を持ったもの（軌道傾斜角が90度前後）や、惑星や大半の彗星、小惑星と逆向きに公転しているもの（軌道傾斜角が180度であるともみなせる）も多く、ほとんどランダムに空のどこからでも現れるように見える。これは、オールトの雲の分布が球殻状であると推定する根拠になっている。

彗星の明るさとその予測

彗星の明るさ、すなわち光度は、恒星と同じように等級を単位として表される。しかし、彗星は恒星と違って核、コマ、尾などの構造があり、それぞれ明るさがあるため、全ての部分を含んだ明るさを全光度、核だけの明るさを核光度と呼び区別する。従って、コマや尾がほとんど発達していない状態の彗星では全光度と核光度は等しく、逆に大きく発達している場合は核光度より全光度のほうが明るくなることになる。彗星には、中心核が特に明るい、すなわち中央集光が強いものも、逆に特に明るい部分がなく非常に拡散しているものもある。

彗星の明るさを測定するには、近くにある恒星と比較する事になる。コマや尾が発達していない恒星状の彗星では、変光星や小惑星の場合と同じように、比例法と光階法という方法を用いる。しかし、コマや尾が発達している場合、同じ明るさでも点光源と面光源では明るさが違って見えてくるため、単純に比較する事はできない。このため、わざとピントをずらし、彗星と比較星が同じ大きさに見えるようにしてから明るさを比較するボブロフニコフ法（Bobrovnikoff法、B法）、彗星の明るさを覚えてからピントをずらして基準星が同じ大きさに見えるようにし、明るさを比較するシジウィック法（Sidgwick法、S法）、彗星が均一な明るさに見える程度にピントをずらしてから明るさと大きさを覚え、基準星が同じ大きさに見えるまでぼかしてから覚えた彗星の明るさと比較するモーリス法（Morris法、M法）などの方法が用いられる。核光度も、全光度と同様に測定する。測定された彗星の光度は、観測者の熟練の程度やその日の体調、観測器材の状態、観測状況、基準星の明るさの誤差など、様々な要因により、観測者によって0.5等級以上ばらつく場合がほとんどである。また、CCDカメラなどで写真を撮影し、近くの基準星を用いて専用ソフトで明るさを測定することもできる。肉眼で見た光度（眼視光度）と、写真で測定した光度（写真光度）は数等級ずれることもある。

彗星の光度を正確に予測するのは非常に難しい。小惑星などの天体は通常、地球までの距離（地心距離）と太陽までの距離（日心距離）の2乗に反比例して明るくなるが、彗星の場合は太陽に近づくと塵やガスが噴出し、コマができたり尾が伸びたりするため、太陽までの距離の5乗から、場合によっては10乗以上に反比例して明るくなっていく。彗星の光度の予測には、一般に以下のような式（光度式）が使用される。

m=m0+5log⁡Δ+klog⁡r

ここで、 m は彗星の光度である。 m0 は標準光度、または絶対光度と呼ばれ、彗星が太陽からも地球からも1天文単位の距離にある時の明るさを表す。 また、Δ は地心距離、 r は日心距離をそれぞれ天文単位で表したものである。また、 k は光度係数と呼ばれる値で、この値が大きいと光度変化は激しくなり、小さいと光度変化は穏やかになる。観測期間が長くなり観測データが多数集まってくると、専用ソフト[4]などを用い、最小二乗法などの方法で標準光度と光度係数を求める事ができる。発見から間も無いなど、観測期間が短くデータも少ない場合は、光度係数を10と仮定して明るさを予測することが一般的である。標準光度は彗星の規模によって大きく違うが、光度係数は5.0から30程度の間に収まるものが大半である。しかし、核が分裂するなどの要因で活動が活発化し急激な増光（アウトバースト）が起こった場合は光度係数が100を越える場合もあるし、アウトバーストが終わるなどで活動が衰えた場合や核が崩壊して消滅していく場合などは、光度係数が大きく負の値を取る場合もある。ある1本の光度式に常によく当てはまる光度変化をする彗星もあるが、活動の規模が途中で変化すれば当てはまる標準光度や光度係数の値も変化する。しかし、いつどのように活動が変化するかを予測することは非常に難しい。何回か回帰している彗星は、以前の記録を基にある程度予測が可能だが、初出現の彗星についてはほぼ不可能である。また初出現の彗星は、しばらく観測しないとどんな光度式が当てはまるのかも分からない。彗星の光度予想が難しいと言われるのはこのような理由による。

彗星の名前

彗星の名前は、過去2世紀に渡って、いくつかの異なる慣習に従って決められてきた。系統的な慣習が採用されていなかった時代には、彗星の命名は様々な方法によっていた。ハレー彗星は、彗星の軌道を決定したエドモンド・ハリーの名前から採られた。同じように、2番目の周期彗星として知られているエンケ彗星は、最初の彗星の発見者ピエール・メシャンではなく、軌道を決定した天文学者であるヨハン・フランツ・エンケの名前が付けられている。非常に明るくなった彗星は、出現した年から、「1760年の大彗星」というように呼ばれた。

20世紀初頭、彗星の命名として、発見者の名前を付けるという慣習が一般的になった。これは現在まで続いている。彗星にはその彗星を独立発見した人の名前が先着順で3名まで付けられる。1990年代に入ると、人工衛星（IRASやSOHOなど）や、国際規模の彗星および小惑星の掃天プロジェクトチーム（LINEAR、NEATなど）による彗星の発見が相次ぐようになり、数多くの彗星に、これらの自動捜索プロジェクト名が付くようになった。例えば、アイラス・荒貴・オルコック彗星は、赤外線衛星IRASと、日本のアマチュア天文家の荒貴源一、イギリスのジョージ・オルコックによって独立発見された。現在では、自動捜索プロジェクト名でない彗星のほうが少数派となっている。

1994年まで、彗星の系統的な符号の付け方として、まず最初にその彗星が発見された年と、その年内の発見順を示す文字からなる仮符号が与えられた。例えばベネット彗星の仮符号は1969 i で、1969年の9番目に発見された彗星であることを意味する。彗星の軌道が確定すると、彗星には、最初に近日点通過の年とローマ数字からなる確定符号が与えられた。ベネット彗星の確定符号は1970 II となる。

彗星の発見数が増加してくると、この方法の運用に綻びが生じてきた。観測技術の進歩により1年の発見数が25を越え、仮符号に使うアルファベットが足りなくなり、また近日点通過から1年以上経って発見されるものも出てきて、確定符号の近日点通過順という原則も崩れてきた。そこで1994年に国際天文学連合は新しい命名方法を採用し、1995年から実施された。それは以下のような方式である。

  • 以前に観測された記録が無い彗星
符号は発見が報告された年、月、発見報告順を元にして付けられる。
例えば、ヘール・ボップ彗星の場合は「C/1995O1」（シー/1995オー1）と記載される。
  1. 最初の「C」は「Comet」を意味し、発見報告直後の全ての彗星にはこの符号が付けられる。発見報告後の観測により軌道が楕円軌道であると分かり、その周期が200年未満の場合は「P」（Periodic）という符号が付けられる。放物線軌道、あるいは周期が200年以上の楕円軌道の場合は「C」のままである。また、消滅したり、長期間回帰が観測されない彗星には「D」、彗星と思われていた彗星が小惑星だと分かった場合は「A」、軌道を求めることができなかった彗星には「X」を付ける。現在までに、「A」と「X」が付いた天体は無い。
  2. 「1995」は、「1995年」を表し、発見された年が入る。
  3. 「O」は発見が報告された時期を表す。1月上旬が「A」、1月下旬が「B」･･･というように、1年を24に分けて表す。但し「I」は数字の「1」や、アルファベットの「J」と紛らわしいので使われない。そのため「O」は7月下旬を表す事になり、12月下旬は「Y」となる。
  4. 「1」は、その彗星の発見が報告された時期内での発見報告順を表す。ヘール・ボップ彗星は、1995年7月下旬に発見が報告された最初の彗星であることが分かる。
  • 以前に観測された記録が有る彗星
「P」の符号が割り振られた彗星のうち、2回目の回帰が観測されたものに対して、国際天文連合が順番に番号を「10P/」のように割り振る。例えばエンケ彗星は「2P/Enke」と記載される。2005年7月現在、168番まで割り振られている。

1994年以前の彗星にも、1995年に採用された方式の符号が遡って付けられている。例えばベネット彗星の新方式による符号は C/1969 Y1 となる。つまり、1994年以前に発見された彗星は符号が3つあるということになる。

彗星の記録と信仰

バイユーのタペストリーに描かれたハレー彗星 右上に記号化されたハレー彗星が見える。中世ヨーロッパにおいては彗星 (star with hair, stella crinita) は差し迫った不運を警告するものと捉えられていた。

彗星はしばしば王や高貴な人物の死や、大災害といった不吉なことの前兆と考えられ、昔の人はその出現を恐れた。中国で神託に使われた骨などの古代の資料からは、人間が彗星の出現に数千年の昔から気づいていたことが分かる。彗星の出現を記録した有名な古記録として、1066年、イングランドのノルマン・コンクエストを記録したバイユーのタペストリーにハレー彗星が描かれていることが挙げられる。

彗星の出現についての信頼できる記録の中で最も古いものは、紀元前240年、秦の始皇帝がハレー彗星を見たとする記録である。不確かなものでは、紀元前2320年の古代バビロニアの記録がある。ヨーロッパでは、彗星は気象現象の一種だと考えられていたため古い記録はそう多くないが、中国や日本には多くの記録が残っている。中国では紀元前のハレー彗星の回帰が4回記録されており、日本でも684年のハレー彗星の回帰に関する記述が日本書紀にある。

彗星の研究の歴史

古代の観察と考察

歴史的に、彗星は不吉の象徴とされ、地球の住人に対する天からの攻撃であるとさえ解釈されてきた。ギルガメシュ叙事詩、ヨハネの黙示録といった権威書は「流れる星」に原因があるとし、エノクの書では彗星や、ことによると火球に原因を求めた。

アリストテレスは、彼が著した最初の気象学の本『気象学』(Meteorologica)[5]で、彗星に対する、西洋の思想を2000年近くに渡って支配した考えを示した。彼は、彗星は惑星であるか、少なくとも惑星に関係する現象であるという、それまでの学者の説を否定した。その根拠は、惑星の動く範囲は黄道帯の中に限られるが、彗星は空のあらゆる所から現れるというものであった。その代わり、彼は彗星を大気の上層部で起こる現象だと捉え、そこは温度が高く、乾いた蒸気が集まり時々勢いよく炎が燃え上がるのだと考えた。彼はこの仕組みは彗星だけでなく、流星や、オーロラ、そして天の川の原因にさえなっていると考えた。

その後、この彗星に対する見方に反論する古代の学者が少数だがいた。セネカは、彼の著書『自然研究』(Quaestiones naturales)において、彗星は空を規則的に動き、風に邪魔されることがなく、大気中の現象よりは天体に典型的な運動をすることを述べていた。彼は他の惑星が黄道帯の外に現れることが無いことを認めつつも、天球上のものに関する人間の知識は限られているので、惑星のような物体が空のあらゆる所に現れる可能性を否定する理由はないとした。しかし、アリストテレスの立場のほうが影響力が大きく、彗星が地球の大気圏外にあるということが証明されたのは16世紀のことであった。

1577年、明るい彗星が現れ、数ヶ月間肉眼で観察できた。デンマークの天文学者ティコ・ブラーエは、彗星に測定可能な視差が無いことを確かめるため、彗星の位置を自分で測定するとともに、遠く離れた場所の観測者にも測定させた。正確な測定をしたところ、その測定結果は、彗星が少なくとも月より4倍以上遠くにあるということを示していた。

軌道の研究

彗星が宇宙空間にあるということは証明されたが、彗星がどうやって空を移動しているのかという疑問は、その後数世紀に渡って議論の中心になるように思われた。ヨハネス・ケプラーが1609年に、惑星の軌道は楕円軌道であると決着をつけた後でさえ、彼は惑星の運動を支配している法則（ケプラーの法則）が他の天体にも影響を与えていると信じるのを躊躇した。彼は彗星は惑星の間を直線軌道で運行していると信じていた。ガリレオ・ガリレイは、地動説を唱えたニコラウス・コペルニクスの擁護者であったにも関わらず、ティコによる彗星の視差の測定結果を受け入れず、彗星は地球大気の上層を直線状に動くというアリストテレスの考えを支持し続けた。

ケプラーの惑星の運動の法則が彗星にも適用されるべきだと初めて提案したのはウィリアム・ローワーで、1610年のことであった。その後数十年間、ピエール・プティ、ジョヴァンニ・ボレリ、アドリアン・オーズー、ロバート・フック、そしてジョヴァンニ・カッシーニなどを含む他の天文学者たちは、彗星は太陽の周りを曲線状の軌道、楕円軌道か放物線軌道を描いて運行しているという説を唱えたが、その一方、クリスティアーン・ホイヘンスやヨハネス・ヘヴェリウスは、彗星は直線運動をしているという説を支持した。

この問題は、1680年11月14日にゴットフリート・キルヒが発見した大彗星 (C/1680 V1)によって解決された。ヨーロッパの至る所で、天文学者たちはこの彗星の位置を観測しつづけた。1687年、アイザック・ニュートンは彼の著書『自然哲学の数学的諸原理』（プリンキピア）において、万有引力の逆2乗の法則の影響下で運動する物体は、軌道の形が円錐曲線の一種になるということを証明し、天空における彗星の運動が放物線軌道とどのように適合するかを、1680年の彗星を例にして具体的に説明した。

1705年、エドモンド・ハリーは、1337年から1698年までの24個の彗星の出現に対して、ニュートンの手法を応用した。するとハリーは、1531年、1607年、1682年に現れた3つの彗星の軌道要素が、極めて似通っていることに気づいた。しかも、軌道要素の僅かな違いは、木星と土星による重力的な摂動によって説明することができた。彼はこの3つの彗星の出現は、同じ彗星が3回出現したものだと確信し、この彗星は1758年か1759年に再び戻ってくるだろうと予言した。（ハリー以前に、ロバート・フックが既に1664年に出現した彗星と1618年の彗星を同定し、また同じころカッシーニも1577年、1665年、1680年の彗星は同じものではないかと推測していた。しかしこれらはどちらも間違っていた。）ハリーが彗星が戻ってくると予言した期日は、後に3人のフランスの数学者によって改良された。アレクシス・クレロー、ジェローム・ラランド、ニコール・レーヌ・ルポートである。彼らは彗星の1759年の近日点通過日時を1ヶ月以内の誤差で予言した。彗星は予言どおりに回帰し、その彗星はハレー彗星として知られることとなった（公式な符号は1P/Halley）。ハレー彗星が次に出現するのは2061年のことである。

短い周期を持ち、歴史上の記録に何度も登場するような彗星の中で、ハレー彗星はどの出現でも肉眼で見えるほどの明るさになったという点で独特である。ハレー彗星の出現の周期性が確立して以降、数多くの周期彗星が望遠鏡を使って発見されてきた。2番目に発見された周期彗星はエンケ彗星（公式な符号は2P/Encke）である。1819年から1821年までの期間中、ドイツの数学者・物理学者のヨハン・フランツ・エンケは、1786年、1795年、1805年、1818年に観測された一連の彗星の出現から軌道を計算し、これらは同一の彗星であるという結論を下し、1822年の出現を予言するのに成功した。1900年までに、17個の彗星について1回以上の近日点通過が観測され、周期彗星として確認された。2005年7月までに、168個の彗星について周期彗星としての識別に成功しているが、そのうちのいくつかは消滅したり見失われたりしている。

物理的特徴の研究

汝よ、彗星が炎を上げて飛ぶ姿を決して見ることはないのだろうか？

アイザック・ニュートンは、彗星を固く締まった頑丈な固体だとした。つまり非常に長い楕円軌道を描き、その軌道と方向がかなり自由な惑星の一種であって、その尾は、太陽熱で着火または加熱された頭部、つまり彗星の核から放出された非常に希薄な蒸気だと考えていたのである。 また、ニュートンにとっては彗星は、惑星の水分と湿気を維持するために不可欠なものだと思われた。つまり、彗星の蒸気と放出ガスが凝縮したものから、植物が生まれ腐敗し乾燥した土になるために使われるすべての水分が再供給、補充されるとした。ニュートンは、すべての植物は液体から増え、それが腐敗して土になると考えていたためである。だとすると乾いた土の量は絶えず増加するので、その惑星の水分は絶えず供給されていない限り絶えず減っていき、遂には無くなるはずだと考えたのである。ニュートンは、われわれの空気の最も精妙で最上の部分を構成する、生命と全ての存在に絶対不可欠な精気が、彗星によってもたらされるのではないかと考えた。また、彼の推測によると、彗星は太陽に新しい燃料を補充していて、その発光体から全ての方向に絶えず送られる流れによって太陽の光を回復させているとした。

「巨いなる沸き立つ尾より振るえては
あまたの珠玉に潤いを甦らせる
その長き楕円の風の吹くところ
傾く太陽に新たな燃料を与える
星界を照らすがため天空の火を養う」

18世紀以前に、彗星の物理的構造について正しい仮説を立てていた科学者もいた。1755年、イマヌエル・カントは、彗星は揮発性の物質で構成されていて、それが蒸発することが原因で近日点付近で彗星が明るくなるのだという仮説を立てた。1836年には、ドイツの数学者フリードリッヒ・ベッセルが、1835年のハレー彗星の回帰で蒸気の流れを観察したことから、彗星から蒸発した物質の反動は、彗星の軌道に大きな影響を与えるのに十分なほど大きい可能性があると指摘し、エンケ彗星の非重力的な運動はこの仕組みによるという説を唱えた。

しかし、彗星に関連した他の発見により、1世紀近くこれらの説はほとんど忘れ去られていた。1864年から1866年の期間中、イタリアの天文学者ジョヴァンニ・スキアパレッリはペルセウス座流星群の軌道を計算し、軌道の類似性から、スウィフト・タットル彗星の破片がペルセウス座流星群の原因であるという仮説を正確に立てた。彗星と流星群との関連は、1872年に劇的に示されることとなった。1846年の回帰で2つに分裂したのが観察され、次の1852年の回帰では現れなかったビエラ彗星を原因とする、激しい流星群の活動が観察されたのである。これを基にして、彗星は表面を覆う氷の層と、緩く堆積した小さな岩石のような物体から構成されているとする、彗星の構成の「砂利の堆積」モデルが現れた。

20世紀半ばまで、このモデルは数々の欠点に悩まされてきた。特に、僅かな氷しか含んでいない物体が、どうやって何回かの近日点通過を経た後も蒸気の蒸発により明るく見え続けることができるのかを説明できなかった。1950年、フレッド・ホイップルが、｢彗星は氷と塵からなる｣という『汚れた雪玉』を提唱した。岩石主体の天体に僅かに氷が混じっているのではなく、氷が主体の天体に塵や岩石が混じっていると言うのである。この「汚れた雪球」モデルはすぐに受け入れられるようになった。

1986年にハレー彗星が接近した際、日本(さきがけ、すいせい)、アメリカ（ICE）、ヨーロッパ（ジオット）、ソ連（ベガ1号、ベガ2号）の探査機は連携して核を観測した。ジョットが核を撮影したところ、蒸発する物質の流れが観測され、ハレー彗星は氷と塵の集まりであることが確かめられ、ホイップルの説が実証された。その後、アメリカの探査機ディープ・スペース1号は2001年7月21日にボレリー彗星の核に接近して詳細な写真を撮影し、ハレー彗星の特徴は他の彗星にも同様に当てはまることを立証した。

今後予定されている宇宙飛行ミッションでは、彗星は何から構成されているのかという詳細が明らかになる予定である。1999年2月に発射された探査機スターダストは、2004年1月にはヴィルト第2彗星に接近して核の粒子を採取し、2006年1月15日には標本を入れたカプセルを地球に持ち帰る予定である。2005年7月4日には、探査機ディープ・インパクトが、核内部の構造の研究のためにテンペル第1彗星に衝撃弾を衝突させた。そして2014年には、欧州宇宙機関の探査機ロゼッタが、チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星の周回軌道に乗り、小さな着陸船｢ファイレ｣を表面に着地させることになっている。

彗星の探索と発見の歴史

望遠鏡が無かった時代、彗星の発見は専ら肉眼によるものであった。1608年に望遠鏡が発明されると、それによって、肉眼では見えないような暗い彗星を発見することが出来るようになった。やがて、望遠鏡や双眼鏡を駆使して、彗星の捜索を精力的に行う、コメットハンター（彗星捜索家）と呼ばれる天文家が現れた。最も早い時期のコメットハンターは、シャルル・メシエである。彼は1759年にハレー彗星をヨハン・ゲオルク・パリッチュに遅れること1ヶ月後に発見した。その後彼は1760年から1798年までの間に12個もの彗星を発見した。18世紀末からは、何個もの彗星を発見する天文家が次々と現れ、また、天文学を本業とする天文学者だけではなく、趣味で彗星捜索をするようなアマチュア天文家も多く現れた。

後述のような自動探査プロジェクトが電子機器の発達などによって技術的に可能になった20世紀最末期に至るまで、彗星や小惑星の新発見はこうしたアマチュア天文家に深く依存していた。職業的な研究者は厳しい業績評価や研究者間の競争にさらされており、効率的に学術論文を生産する必要に追われている。そのため、確実に発見できるかどうか確証がなく、単に新発見したからといって高い評価を受ける論文作成につながる保証もない彗星、小惑星の探査に時間を割くことが難しかったのである。

しかし、他に職業や生計の途を持ち、趣味として彗星を探査するアマチュア天文家の場合、自分が新発見者になれるという充足感と名誉への期待のみを支えに毎晩のように全天を探査することができた。そのため、彗星や小惑星は多くの場合アマチュア天文家が発見し、また、古典的な力学で十分計算できるため、やはり高い評価を受ける論文作成につながらない軌道計算までも、それを趣味とするアマチュア天文家によって行われた後に、さらに高度な機器を使用できる環境を持った職業的研究者が研究を引き継いで興味深い現象を検出、天文学の発展につなげていくという図式が成立していたのである。

これに似た図式は今日でも昆虫学の分野で成立しており、昆虫採集を趣味とするアマチュア研究家と職業研究者の共生関係が広い裾野をもって成立している分類群ほど、分類学や生物地理学的な研究が充実しているという現象が見られる。

彗星を捜索する方法として一般的だったのが、比較的倍率が低く視野の広い双眼鏡で全天を少しずつ捜索していくという方法であった。また、広い視野の得られるシュミット・カセグレン式天体望遠鏡を用いた写真撮影による捜索も広く行われてきた。もちろん中にはただ天体を眺めていたりしていた時に偶然発見された彗星もある。このような彗星の捜索方法は小惑星の捜索方法とも共通点が多いことから、コメットハンターが小惑星を発見した例や、その逆の例も多い。

日本でも、第二次世界大戦以前から何人かのコメットハンターが活動していた。その後、1965年の池谷・関彗星の発見に触発されて数多くのアマチュア天文家が彗星捜索を始め、1960年代から1990年代半ばまでの日本人による彗星発見の黄金時代を築いた。年間に発見された彗星の数割が日本人による発見ということもあった。その他アメリカやイギリス、その他ヨーロッパ各国やオーストラリアなどでの発見が多かった。

1990年代後半になると、このような状況に劇的な変化が生じた。LINEARやNEATなどといった地球接近小惑星の強力な自動捜索プロジェクトが相次いで始動し、CCDカメラによって18等や20等などといった極めて暗い彗星が根こそぎ発見されるようになったのである。北半球で太陽から比較的離れた区域の空は自動捜索プロジェクトによってほとんどの彗星が発見されるようになり、アマチュア天文家などが彗星を発見することは非常に困難になった。また、1996年には太陽観測衛星SOHOが観測を始め、その副産物として、クロイツ群に属する彗星が極めて多数発見されるようになった。これらはそのほとんどが、太陽に非常に接近し消滅していく小彗星である。これらの理由が重なり、彗星の発見数は激増した。彗星の年間発見数は1990年代に入ってようやく20個を越えるようになった程度であったが、2004年の年間発見数は217個に達した。そのうちSOHO彗星が169個、自動捜索プロジェクトや天文台などの名前が付いているのが32個、人名が付いているのが11個、人工衛星の名前が付いているのが2個、周期彗星の回帰と分かったのが1個、自動捜索プロジェクトと人名の両方がついているのが1個、未定が1個である。このように、SOHO彗星を除いても人名が付いている彗星は4分の1程度という状況であり、彗星捜索を諦めたコメットハンターもかなり出てきている。しかし、今なお昔と変わらない方法で彗星を発見しているコメットハンターもいる。

このような状況で、インターネット上で彗星捜索をするという、全く新しい方法も現れている。SOHO衛星の撮影した最新の太陽画像はインターネット上に公開されており[6]、その中でもLASCO C2、C3というカメラの画像には太陽の周辺が写されていることから、全くの一般人でも、この画像をチェックしていれば新彗星を発見できるチャンスがある。実際、この画像から既に十数個もの彗星を発見した「コメットハンター」もいる。また、SOHOには他にも、ほぼ全天を撮影しているSWAN[7]という観測機器もあり、この画像からも、既に複数のアマチュア天文家が彗星を発見している。このように、彗星の捜索方法は近年大きく変化している。

有名なコメットハンター

自動捜索プロジェクトなど

以下のプロジェクト名の中には定訳が無いものもあるのに注意。

  • スペースウォッチ - Spacewatch。地球近傍小惑星探査プロジェクト。1991年から2005年7月までに周期彗星1個を含む11個の彗星を発見。
  • 地球近傍小惑星追跡 - Near Earth Asteroid Tracking、NEAT、ニート。地球近傍小惑星捜索プロジェクト。1995年12月から2005年7月までに3個の周期彗星を含む45個以上の彗星を発見。
  • SOHO衛星 - Solar and Heliospheric Observatory、SOHO、ソーホー。太陽観測衛星。1996年1月から2005年7月までに980個以上の彗星を発見。
  • ローウェル天文台地球近傍天体捜索 - Lowell Observatory Near-Earth-Object Search、LONEOS、ロネオス。地球近傍天体捜索プロジェクト。1997年12月から2005年7月までに周期彗星2個を含む15個の彗星を発見。
  • リンカーン地球近傍小惑星探査 - Lincoln Near-Earth Asteroid Research、LINEAR、リニア。地球近傍小惑星捜索プロジェクト。1998年1月から2005年7月までに7個の周期彗星を含む150個以上の彗星を発見。
  • カタリナ・スカイ・サーベイ - Catalina Sky Survey、Catalina、カタリナ。1999年から2005年7月までに14個の彗星を発見。
  • バッターズ - Bisei Asteroid Tracking Telescope for Rapid Survey、BATTeRS。岡山県美星町の小惑星観測プロジェクト。2001年に1個の彗星を発見。
  • エーザス - All Sky Automated Survey、ASAS、エーザス。恒星の光度監視プロジェクト。2004年に1個の彗星を発見。

大彗星

毎年数百個の小彗星が太陽系の内側を通過していくが、そのうち世間一般の話題となるような彗星は極めて少数である。大体10年に1個前後、あまり夜空に関心が無い人でも気づくほど明るくなるような彗星が現れる。そのような彗星はよく大彗星と呼ばれる。

過去には、明るい彗星はしばしば一般市民にパニックやヒステリーを引き起こし、何か悪いことの前兆と考えられた。比較的最近になっても、ハレー彗星の1910年の回帰では、地球が彗星の尾を通ったことから、彗星の尾には猛毒の青酸が含まれている、彗星の尾に突入すると地球の大気が10分間無くなる等という誤った記事を新聞が書き立て、世界各地で一般人がパニックに陥った（青酸が含まれているのは事実だが、地球の大気に影響を及ぼすにはあまりに希薄だった）。日本でも、空気が無くなっても大丈夫なようにと、自転車のタイヤのチューブが高値でも飛ぶように売れ、貧しくて買えないものは水に頭を突っ込んで息を止める練習をするなどの騒動が起きた。1997年のヘール・ボップ彗星の出現は、カルト団体ヘブンズ・ゲートの集団自殺を引き起こした。しかし、ほとんどの人にとっては、大彗星の出現は単に素晴らしい天体ショーである。

様々な要素により、彗星の明るさは予言から大きく外れるため、彗星が大彗星になるか否かを予言するのは難しいということはよく知られている。大まかに言うと、もし彗星の核が大きく活発で、太陽の近くを通る軌道で、最も明るいときに地球から見て太陽により不鮮明になっていなければ、大彗星になる可能性が高い。しかし1973年のコホーテク彗星は、これら全ての条件を満たしており、壮大な彗星になると期待されたにも関わらず、実際はあまり明るくならなかった。その3年後に現れたウェスト彗星は、ほとんど期待されていなかった（科学者がコホーテク彗星の予報の大失敗の後、予報をするのに慎重になっていたのかもしれない）が、実際は非常に印象的な大彗星となった。

20世紀後半には大彗星が出現しない長い空白期間があったが、20世紀も終わりに近づいたころ、2つの彗星が相次いで大彗星となった。1996年に発見され明るくなった百武彗星と、1995年に発見され、1997年に最大光度となったヘール・ボップ彗星である。 21世紀、初頭から大彗星が、それも2個も同時に見ることができるというニュースが入った。2001年に発見されたニート彗星と2002年に発見されたリニア彗星である。二つの彗星が同時に見えるということは、1618年以来のことになる。ニート彗星は1等級、リニア彗星は0等級にまで明るくなることが予想されたが、どちらも最大光度は2~3等に留まった。

変わった彗星

今までに知られている数千もの彗星の中には、とても変わったものもある。エンケ彗星は木星の内側から水星の内側にまで入る軌道を回っているし、シュヴァスマン・ヴァハマン第1彗星は木星と土星の軌道の間に収まった不安定な軌道を回っている。土星と天王星の間を不安定な軌道で回っているキロンは、最初は小惑星に分類されていたが、後に希薄なコマが発見されたため、現在では彗星と小惑星の両方に分類されている。同じように、シューメーカー・レヴィ第2彗星は最初は小惑星1990 UL3と呼ばれていた。地球近傍小惑星の中には、揮発成分を使い果たした彗星の核だと考えられているものもある。また、その他の彗星や、惑星の衛星の中にも、軌道や成分などから元は彗星だったと考えられるものがある。彗星が発見時には小惑星として観測される例が最近になって増えている。

今までにいくつもの彗星の核が分裂するのが観測されてきた。ビエラ彗星が有名な例である。ビエラ彗星は1846年の回帰の際に2つに分裂した。1852年には2つに分裂した核が回帰してきたのが観測されたが、その後2度と出現しなかった。ビエラ彗星の核は恐らく粉々に砕けてしまったのだろう。その代わり、本来彗星が回帰するはずであった1872年と1885年に、1時間当たりの出現数が数万個にも達する壮大な流星雨が観測された。この流星群はアンドロメダ座流星群と呼ばれ、毎年11月5日前後に地球がビエラ彗星の軌道に突入するために起こる。現在ではほとんど出現はないが、稀に突発的な1時間当たり数十個の出現が観測されることがある。


崩壊・消滅した彗星としては他にシューメーカー・レヴィ第9彗星が有名である。この彗星は1993年に、木星の周りを回る軌道をとっているのを発見された。その後計算すると、1992年に木星に非常に接近したために捕らえられたのだと分かった。この接近で既に彗星の核は分裂し、少なくとも21個の破片に分かれていた。そして分裂した核は1994年7月16日から7月22日までに、相次いで木星の大気に突入した。人類が地球の大気圏外で2つの物体が衝突するのを観測したのはこれが始めてであった。しかし、1908年のツングースカ大爆発はエンケ彗星の破片が地球に衝突したのではないかとする仮説もある。

有名な彗星・明るくなった彗星

周期彗星

非周期彗星

  • ドナティ彗星 - 1858年秋に明るくなり、尾が3本に分かれてみえ、世界中で観測された。
  • テバット彗星 - 幅広い尾が発達し、1861年の大彗星とも呼ばれた。日本にも記録が残っている。
  • 池谷・関彗星 - 1965年秋に明け方で長い尾が見られ、また太陽最接近時には-17等級に達した。
  • ベネット彗星 - 1970年3月に近日点を通過し、核が非常に明るく明け方の空で-3等級に達した。
  • コホーテク彗星 - 1974年初頭にマイナス等級になると期待されたが、地上からでは3等止まりだった。
  • ウェスト彗星 - 1976年3月の明け方に見え、核が分裂したため尾が非常に明るくなった。
  • アイラス・荒貴・オルコック彗星 - 1983年5月に、地球から0.0312天文単位の至近距離を通過した。
  • 百武彗星 - 1996年3月に地球に0.102天文単位まで接近、0等になり尾が60度以上に伸びた。
  • ヘール・ボップ彗星 - 1997年4月に-1等に達し、3等級以上だった時期が5ヶ月間もあった。

フィクションの中の彗星

彗星はSF作家や映画製作者には人気のある題材であるが、氷の天体と言うよりも燃えている天体のように誤って描写されることも多い。


= 外部リンク

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