研究彗星的形成，将有助于进一步了解太阳星云的演化，探索给地球带来生命的分子的起源。

大约在40亿年前，地球遭遇了一场彗星雨。这场雨为年轻的地球播下了生命的种子——复杂有机分子。另一方面，地球上某些生命种类（其中包括6500万年前灭绝的恐龙）的灭绝或许也是由巨型彗星的冲击造成的。在地球的生命进化史上，彗星同时扮演了创造者和毁灭者的角色。

但是，彗星也有自己的历史。在太阳系中，彗星是最原始的天体。今天的彗星内部物质形态与太阳系在形成过程中的几乎没有什么不同。45亿年前，当彗星形成的时候，它们就充当了太阳系的前身——太阳星云的组成材料。彗星是太阳系成形的“见证者”。

虽然我们不可能从太空中抓取一颗彗星拿到实验室里来仔细研究，但是却可以在彗星掠过地球上空时去测量它的光谱性质，可以用飞行器从平流层带回彗星的残遗颗粒加以研究，然后以这些研究方法为基础，我们还可以通过在实验室里进行模拟试验来了解彗星是如何形成的。

“滚雪球效应”

彗星主要由硅酸盐微粒和有机分子组成，这些微粒和分子的表面覆盖着主要由水组成的冰。探究彗星化学的任务包括：确定这些有机物和冰是什么时候相遇的，在什么地方相遇以及是如何相遇的。

我们一般认为最初的彗星是通过“滚雪球效应”形成的，即一层层冰粒不断地粘在一起，使得雪球体积逐渐增大，最终形成块状的聚集体。这个过程是在远离太阳星云大约100天文单位（AU）（注1）以外进行的。在此阶段，微粒运行与聚集体运行结合成环境星云气体的运行。随着聚集体积聚成紧密的块状雪球，它们因受环境气体阻力作用的影响而减慢运行速度，并向内侧漂移，而它们原先的运行轨道已不复存在。当雪球逐渐接近太阳星云中心时，由于已融合了更多的聚集体，它们变得愈来愈大。就这样，一团块石成了一颗直径达10至20公里、并聚集了轨道半径范围内大量物质的彗星。

彗星成形所需的时间部分取决于太阳星云的体积。据斯图阿特 · 韦登希林（Stuart Weidenschilling）模型推测：一颗完整彗星的成形大约需要10万年。太阳星云愈大，彗星成形就愈快，甚至只需1万年。

从分子云中最后一点气体消散到太阳以及行星的形成这段时期为太阳星云寿命期，据估计，太阳星云寿命期大约在10万年至数千万年之间。彗星及其大多数有机成分也许就是在该期间生成的。彗星形成时间的早晚和太阳星云存在的持续时间的长短影响着彗星的成分。如果彗星成形时间的先后相差不大，那么各彗星的成分也大致上一样。但是，如果太阳星云的寿命长于彗星成形的时间，我们便可推断出各彗星之间存在着差异。既然太阳星云的化学成分随时间推移而改变，那么可知在星云寿命不同时期形成的彗星之成分亦是不同的。

科学家建立的彗星挥发物模型已经获得成功。美国华盛顿大学的科学家布鲁斯 · 费格莱（Bruce Fegley）借助彗星挥发物——星际冰混合物，结合彗星光谱性质的研究，以此来了解彗星的成分。费格莱指出：复杂有机物是在巨型气态亚星云中生成的。亚星云比外层太阳星云部分具有更高的温度和压力。当巨型气态原行星朝它们现在所处的位置运行时，气体从亚星云中逸出，它就是高温高压之源头。根据这个观点可知，彗星之间的差异是由来自外层星云不同区域的物质性质的不同造成的。

美国亚利桑那大学的亨伯托 · 坎彭斯（Humberto Campins）和新墨西哥高地大学的艾利恩 · 莱恩（Eileen Ryan）通过观察哈利彗星颗粒的红外线光谱指出：彗星中的硅酸盐微粒是由结晶状橄榄石组成的。天文学家最近观察到Hyakutake和Hale-Bopp两颗彗星含有富含镁的结晶状橄榄石。可以认为橄榄石晶体石是太阳星云进化过程的产物。

结晶状橄榄石微粒是如何形成的呢？我们来看一个实验：将硅烷（SiH4）和镁金属汽放入温度接近800开的氢气中燃烧，然后将在真空高温中燃烧生成的“烟”加热（退火），此时我们可得到与在太阳星云中形成的结晶状橄榄石极为相似的产物。科学研究发现结晶状橄榄石在大约1000开温度下要数个月才能生成；如果将温度提高到1100开，则只需几分钟就可生成结晶状橄榄石；但是当温度提高到1600开时，结晶状橄缆石微粒则会汽化。反之，若将温度降低到850开以下时，生成橄榄石晶体则需要10亿年时间。由于太阳云不可能存在10亿年之久，所以结晶状橄榄石一定是在1000开温度下退火的。但是，由于这样高的温度早就会将硅酸盐微粒表面的冰融化掉，因此科学家得出结论：彗星上的“热”、“冷”两种组分是在星云的不同区域里生成的，以后它们再融合在一起。这一结论不同于传统的彗星成形理论。

复杂的太阳星云

由于结晶状硅酸盐橄榄石的合成需要1000开的温度，所以哈利彗星颗粒在结合成彗星之前一定很靠近早期太阳星云中的原始太阳。原始太阳星云的组成是很复杂的。从陨石中可以发现有需要2200开的温度才能生成的钙-铝内含物。陨石中还含有陨石粒状体，其中含有抗不住1700开高温的物质（如橄榄石和斜长石）。钙-铝内含物和陨石粒状体通常处于含有大量碳基成分（金刚石、石墨和碳化硅微粒）的基体中，碳基成分的直径只有几毫微米，在600开温度下就会分解。

那么是什么力量把不同熔点的物质组合起来呢？据科学计算得出：成长中的原恒星与其碟形吸积体（注2）之间的原动力相互作用会产生一股强风（X-风模型理论由此而来）。科学家推测：这种原动力相互作用也许促成了太阳星云中钙-铝内含物和陨石粒状体的生成。在原恒星的表面和星云碟形吸积体内缘之间的结合部区域的温度正适合陨石内含物的生成，而且该强风能够将陨石内含物质抛到3至10天文单位之远，在那里结合成小行星并且成为某些行星的一部分。

根据太阳星云的X-风模型，可以对从原始太阳弹射出的并沿着特定轨道运行的物质的温度、压力和运行时间作出明确的判断。迄今为止，实验已经证实了X-风模型。美国加利福尼亚大学的凯文 · 麦基甘（Kevin McKeegan）及其同事的研究表明：Allende陨石钙-铝内含物中铍和硼的按标准定的同位素比与根据X-风模型预测的放射通量相一致。虽然X-风模型解释了陨石的组成，但是天文学家还需要有用以研究更复杂的太阳星云原动力的模型。宇宙中一定有一种机制，它能够将已经经历1000开温度退火的微粒带入特定的境地，在那里冰与碳氢化合物处于稳定状况，小彗星开始连生。

我们还可以通过研究存在于银河系内的无数颗处于寿命期各个阶段的原恒星，来了解太阳星云的变化过程。虽然原恒星系相对于原始太阳星云来说实在太小，但毕竟存在着足可以作为人类研究对象的较大的原恒星。

彗星年龄确定的方法

研究太阳星云的化学进化有助于确定彗星的年龄。当我们发现彗星中仅含有无定形的硅酸盐，那就可以确定该彗星是在较早的星云历史时期里形成的，而那些含有大量结晶状微粒的彗星其形成的时代则晚些。

我们可以期望彗星中的其他化学成分同样能显示出彗星的进化趋势。例如，当太阳星云进化时，来自母体分子云的原始物种，像一氧化碳、二氧化碳、氮等会愈来愈多地转化成复杂有机分子，如碳氢化合物、乙醇和胺。人类现在还远未能知道分子云核心中的简单有机冰是如何化合成存在于彗星中的复杂有机分子的。

根据观测彗星发出的射气来建立彗星的化学模型是一件难度很大的事，因为分子会以不同的速率从不同质的表面汽化，许多复杂化学物种毁于太阳的紫外线。更重要的是，像高分子-重胺酸、糖类以及蛋白质等一些化合物将不能大量地存在于人们观测到的彗发上。

在不远的未来，人类将从某些特定的彗星上取得样本，来探究太阳星云各个阶段的化学进化，并以此为依据来探索给地球带来生命的分子的起源。

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（注1）地球与太阳之间的平均距离，1天文单位约为14963.7万公里。

（注2）指因星际物质与天体间的重力吸引作用而在天体周围形成的碟状气流或其它星际物质。

[American Scientist，2001年5～6月]