ดาวหาง
ดาวหาง คือ วัตถุชนิดหนึ่งในระบบสุริยะที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ มีส่วนที่ระเหิดเป็นแก๊สเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ ทำให้เกิดชั้นฝุ่นและแก๊สที่ฝ้ามัวล้อมรอบ และทอดเหยียดออกไปภายนอกจนดูเหมือนหาง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์จากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ไปบนนิวเคลียสของดาวหาง นิวเคลียสหรือใจกลางดาวหางเป็น "ก้อนหิมะสกปรก" ประกอบด้วยน้ำแข็ง คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน แอมโมเนีย และมีฝุ่นกับหินแข็งปะปนอยู่ด้วยกัน มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ไม่กี่กิโลเมตรไปจนถึงหลายสิบกิโลเมตร
คาบการโคจรของดาวหางมีความยาวนานแตกต่างกันได้หลายแบบ ตั้งแต่คาบโคจรเพียงไม่กี่ปี คาบโคจร 50-100 ปี จนถึงหลายร้อยหรือหลายพันปี เชื่อว่าดาวหางบางดวงเคยผ่านเข้ามาในใจกลางระบบสุริยะเพียงครั้งเดียว แล้วเหวี่ยงตัวเองออกไปสู่อวกาศระหว่างดาว ดาวหางที่มีคาบการโคจรสั้นนั้นเชื่อว่าแต่เดิมเป็นส่วนหนึ่งอยู่ในแถบไคเปอร์ที่อยู่เลยวงโคจรของดาวเนปจูนออกไป ส่วนดาวหางที่มีคาบการโคจรยาวอาจมาจากแหล่งอื่น ๆ ที่ไกลจากดวงอาทิตย์ของเรามาก เช่นในกลุ่มเมฆออร์ตซึ่งประกอบด้วยเศษซากที่หลงเหลืออยู่จากการบีบอัดตัวของเนบิวลา ดาวหางเหล่านี้ได้รับแรงโน้มถ่วงรบกวนจากดาวเคราะห์รอบนอก (กรณีของวัตถุในแถบไคเปอร์) จากดวงดาวอื่นใกล้เคียง (กรณีของวัตถุในกลุ่มเมฆออร์ต) หรือจากการชนกัน ทำให้มันเคลื่อนเข้ามาใกล้ดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์น้อยมีกำเนิดจากกระบวนการที่ต่างไปจากนี้ อย่างไรก็ดี ดาวหางที่มีอายุเก่าแก่มากจนกระทั่งส่วนที่สามารถระเหิดเป็นแก๊สได้สูญสลายไปจนหมดก็อาจมีสภาพคล้ายคลึงกับดาวเคราะห์น้อยก็ได้ เชื่อว่าดาวเคราะห์น้อยใกล้โลกหลายดวงเคยเป็นดาวหางมาก่อน
นับถึงเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2009 มีรายงานการค้นพบดาวหางแล้ว 3,648 ดวง ในจำนวนนี้หลายร้อยดวงเป็นดาวหางคาบสั้น การค้นพบยังคงมีอย่างต่อเนื่อง ซึ่งส่วนที่ค้นพบแล้วเป็นแค่เศษเสี้ยวเพียงเล็กน้อยของจำนวนดาวหางทั้งหมดเท่านั้น วัตถุอวกาศที่มีลักษณะคล้ายกับดาวหางในระบบสุริยะรอบนอกอาจมีจำนวนมากกว่าหนึ่งล้านล้านชิ้น ดาวหางที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่ามีปรากฏโดยเฉลี่ยอย่างน้อยปีละหนึ่งดวง ในจำนวนนี้หลายดวงมองเห็นได้เพียงจาง ๆ เท่านั้น
ดาวหางที่สว่างมากจนสามารถสังเกตเห็นด้วยตาเปล่าได้โดยง่ายมักเรียกว่าดาวหางใหญ่ () นอกจากนี้ยังมีดาวหางประเภทเฉียดดวงอาทิตย์ ซึ่งมักจะแตกสลายเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากๆ อันเป็นผลจากแรงโน้มถ่วงมหาศาล เป็นที่มาของฝนดาวตกต่างๆ และดาวหางอีกจำนวนนับพันดวงที่มีวงโคจรไม่เสถียร
คำว่า "ดาวหาง" มีที่มาจากลักษณะปรากฏคล้ายหางสัตว์ ชื่อภาษาอังกฤษ comet มีรากศัพท์จากภาษาละตินว่า () ซึ่งมาจากคำภาษากรีก "komē" มีความหมายว่า "เส้นผมจากศีรษะ" อริสโตเติลเป็นคนแรกที่ใช้ชื่อ "komētēs" กับดาวหาง เพื่อบรรยายว่ามันเป็น "ดาวที่มีผม" สัญลักษณ์ทางดาราศาสตร์สำหรับดาวหางคือ (☄) ซึ่งเป็นภาพวาดแผ่นกลมกับเส้นหางยาว ๆ เหมื่อนเส้นผม ภาษาจีน ญี่ปุ่น เกาหลี ฯลฯ เรียก "ดาวไม้กวาด" () เพราะรูปร่างของมันคล้ายไม้กวาดบ้าน
ดาวหางมีคาบการโคจรที่แตกต่างกันหลายแบบ นับตั้งแต่คาบโคจรเพียงไม่กี่ปี ไปจนถึงหลายร้อยหรือหลายพันปี ขณะที่ดาวหางบางดวงเชื่อว่าผ่านเข้ามาถึงระบบสุริยะชั้นในเพียงครั้งเดียวเท่านั้น ก่อนจะเหวี่ยงตัวเองออกไปสู่ห้วงอวกาศระหว่างดาว เชื่อกันว่า ดาวหางคาบสั้นมีต้นกำเนิดมาจากแถบไคเปอร์หรือแถบหินกระจาย ซึ่งอยู่ไกลออกไปจากวงโคจรของดาวเนปจูน ดาวหางคาบยาวมาจากห้วงอวกาศที่ไกลกว่านั้น เช่นจากกลุ่มเมฆน้ำแข็งซึ่งประกอบด้วยชิ้นส่วนเศษซากที่หลงเหลืออยู่หลังจากการรวมตัวกันของเนบิวลาสุริยะ เมฆเหล่านี้เรียกว่า เมฆออร์ต ซึ่งตั้งชื่อตามนักดาราศาสตร์ แจน ออร์ต เมฆออร์ตอยู่ในระยะที่ไกลออกไปจากแถบไคเปอร์ ดาวหางเหวี่ยงตัวเองจากขอบนอกของระบบสุริยะเข้ามาหาดวงอาทิตย์ได้เนื่องจากผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงอันยุ่งเหยิงของบรรดาดาวเคราะห์รอบนอก (ในกรณีของวัตถุจากแถบไคเปอร์) หรือจากดาวฤกษ์อื่นใกล้เคียง (ในกรณีของวัตถุจากเมฆออร์ต) หรือเป็นผลจากการกระทบกันเองระหว่างวัตถุในย่านเหล่านี้
ดาวหางแตกต่างจากดาวเคราะห์น้อย โดยสามารถสังเกตได้จากโคมา และหาง แม้ว่าดาวหางที่เก่าแก่มากๆ จะสูญเสียความสามารถในการระเหยของธาตุในตัวไปจนหมด ทำให้มีลักษณะคล้ายคลึงกับดาวเคราะห์น้อย ทั้งนี้ เชื่อกันว่าดาวเคราะห์น้อยมีกำเนิดที่แตกต่างไปจากกำเนิดของดาวหาง เพราะดาวเคราะห์น้อยน่าจะก่อตัวอยู่ในบริเวณระบบสุริยะชั้นใน มิได้มาจากส่วนนอกของระบบสุริยะ แต่จากการค้นพบไม่นานมานี้ ทำให้การแยกแยะระหว่างดาวเคราะห์น้อยกับดาวหางไม่ชัดเจนนัก (ดูเพิ่มที่ เซนทอร์ และ คำจำกัดความของดาวเคราะห์น้อย)
นับถึงเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2005 มีรายงานการค้นพบดาวหางแล้วจำนวน 3,648 ดวง ในจำนวนนี้ 1,500 ดวงเป็นดาวหางเฉียดดวงอาทิตย์ตระกูลครอทซ์ และประมาณ 400 ดวงเป็นดาวหางคาบสั้น ตัวเลขนี้ยังคงเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ อย่างไรก็ดี นี่แสดงให้เห็นถึงจำนวนประชากรเพียงส่วนเล็กน้อยของจำนวนดาวหางทั้งหมดเท่านั้น วัตถุคล้ายดาวหางทั้งหมดที่มีในระบบสุริยะชั้นนอกน่าจะมีอยู่เป็นจำนวนล้านล้านดวง จำนวนดาวหางที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าเฉลี่ยแล้วมีประมาณปีละ 1 ดวง แม้ว่าส่วนมากจะค่อนข้างจางแสงมากและไม่สวยงามน่าชม เมื่อมีการพบดาวหางสว่างมากหรือสวยงามโดดเด่นในประวัติศาสตร์ ซึ่งมีผู้มองเห็นเป็นจำนวนมากๆ มักจะเรียกดาวหางเหล่านั้นว่า ดาวหางใหญ่
ลักษณะทางกายภาพของดาวหางสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ส่วน คือ ส่วนนิวเคลียส โคม่าและหาง
นิวเคลียสของดาวหางมีขนาดตั้งแต่ 0.5 กิโลเมตรไปจนถึง 50 กิโลเมตร ประกอบไปด้วยหินแข็ง ฝุ่น น้ำแข็ง และแก๊สแข็งเช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน และแอมโมเนีย องค์ประกอบนี้มักนิยมเรียกกันว่า "ก้อนหิมะสกปรก" แม้จากการสังเกตเมื่อไม่นานมานี้พบว่าพื้นผิวของดาวหางนั้นแห้งและเป็นพื้นหิน สันนิษฐานว่าก้อนน้ำแข็งซ่อนอยู่ใต้เปลือก ในดาวหางยังมีสารประกอบอินทรีย์ปรากฏอยู่ด้วย นอกเหนือจากแก๊สหลายชนิดดังกล่าวข้างต้นแล้ว ยังมีเมทานอล ไฮโดรเจนไซยาไนด์ ฟอร์มัลดีไฮด์ เอทานอล และอีเทน บางทีก็มีโมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้นเช่น สารประกอบไฮโดรคาร์บอนห่วงโซ่ยาว และกรดอะมิโน นอกจากนี้ จากการศึกษาดาวหางในย่านความถี่อัลตราไวโอเลต พบว่ามีชั้นของไฮโดรเจนห่อหุ้มดาวหางอีกชั้นหนึ่ง ไฮโดรเจนเหล่านี้เกิดจากไอน้ำที่แตกตัวอันเนื่องมาจากรังสีจากดวงอาทิตย์ นิวเคลียสของดาวหางมีรูปร่างบิดเบี้ยวไม่เป็นทรง เพราะมันไม่มีมวล (ซึ่งแปรผันกับแรงโน้มถ่วง) มากพอที่จะกลายเป็นทรงกลมได้
ในระบบสุริยะรอบนอก ดาวหางจะคงสภาพแช่แข็งและไม่สามารถสังเกตได้จากโลกหรือสังเกตได้ยากมาก เนื่องจากมันมีขนาดเล็กมาก (แต่ก็มีนิวเคลียสดาวหางบางดวงในแถบไคเปอร์ที่สามารถมองเห็นได้) เมื่อดาวหางเคลื่อนเข้ามาสู่ระบบสุริยะรอบใน ใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้น ความร้อนจากดวงอาทิตย์จะทำให้น้ำแข็งและแก๊สแข็งระเหิดเป็นไอ และปล่อยแก๊สออกมาเกาะกลุ่มกับฝุ่นผงในอวกาศกลายเป็นม่านทรงกลมขนาดมหึมาล้อมรอบนิวเคลียส เรียกว่า โคม่า ซึ่งโคม่าอาจมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางถึงหลายล้านกิโลเมตรก็ได้ แรงดันจากรังสีที่แผ่จากดวงอาทิตย์และลมสุริยะจะกระทำต่อโคม่านี้ ทำให้เกิดเป็นละอองขนาดใหญ่ลากยาวออกไปเป็นหาง ในทิศทางตรงกันข้ามกับดวงอาทิตย์
กระแสฝุ่นและแก๊สทำให้เกิด "หาง" ในรูปแบบที่แตกต่างกัน คือ หางแก๊ส หรือ หางพลาสมา หรือ หางไอออน ประกอบด้วยไอออน และโมเลกุลที่ส่องสว่างโดยการเรืองแสง ถูกผลักออกไปโดยสนามแม่เหล็กในลมสุริยะ ดังนั้นความผันแปรของลมสุริยะจึงมีผลต่อการเปลี่ยนรูปร่างของหางแก๊สด้วย หางแก๊สจะอยู่ในระนาบวงโคจรของดาวหาง และชี้ไปในทิศเกือบตรงข้ามดวงอาทิตย์พอดี หางอีกชนิดหนึ่งคือ หางฝุ่น ประกอบด้วยฝุ่นหรืออนุภาคอื่น ๆ ที่เป็นกลางทางไฟฟ้า ถูกผลักออกจากดาวหางด้วยแรงดันจากการแผ่รังสี กลายเป็นหางที่มีรูปทรงห่อโค้งไปด้านหลัง ในขณะที่ดาวหางเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ หางของมันอาจยาวได้ถึงหลายร้อยล้านกิโลเมตร ความยาวของหางแก๊สเคยบันทึกได้สูงสุดมากกว่า 1 หน่วยดาราศาสตร์ (ประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร)
ทั้งโคม่าและหางจะเรืองแสงได้จากดวงอาทิตย์ และสามารถมองเห็นได้จากโลกเมื่อดาวหางเคลื่อนเข้ามาสู่ระบบสุริยะชั้นใน ฝุ่นสะท้อนแสงอาทิตย์ได้โดยตรง ขณะที่กลุ่มแก๊สเรืองแสงได้ด้วยการแตกตัวเป็นไอออน ดาวหางส่วนใหญ่จะมีความสว่างเพียงจาง ๆ ซึ่งจะมองเห็นได้โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ แต่ก็มีดาวหางจำนวนหนึ่งที่มีความสว่างพอจะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ผ่านเข้ามาใกล้ทุก ๆ ทศวรรษ บางครั้งก็มีการระเบิดใหญ่ขึ้นแบบฉับพลันในกลุ่มแก๊สและฝุ่น ทำให้ขนาดของโคม่าขยายตัวขึ้นมากชั่วขณะหนึ่ง เหตุการณ์นี้เคยเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2550 กับดาวหางโฮมส์
ข้อมูลที่น่าพิศวงคือ นิวเคลียสของดาวหางนับเป็นวัตถุอวกาศที่มืดที่สุดพวกหนึ่งในบรรดาวัตถุในระบบสุริยะ ยานจอตโตพบว่านิวเคลียสของดาวหางฮัลเลย์มีความสามารถสะท้อนแสงเพียง 4% เท่านั้น ส่วนยานดีปสเปซ 1 พบว่าพื้นผิวของดาวหางโบร์เรลลีสามารถสะท้อนแสงได้ราว 2.4 ถึง 3% ขณะที่พื้นผิวยางมะตอยสามารถสะท้อนแสงได้ 7% คาดกันว่าสารประกอบอินทรีย์อันซับซ้อนของนิวเคลียสเหล่านั้นเป็นวัสดุที่มีพื้นผิวมืด ความร้อนจากแสงอาทิตย์ทำให้องค์ประกอบที่ระเหยง่ายกลายเป็นไอหายไป เหลือแต่สารประกอบอินทรีย์แบบห่วงโซ่ยาวซึ่งเป็นสสารมืดเหมือนอย่างน้ำมันดินหรือน้ำมันดิบ พื้นผิวที่มืดของดาวหางทำให้มันสามารถดูดซับความร้อนได้ดีและยิ่งระเหิดได้ง่ายขึ้น
ในปี พ.ศ. 2539 มีการค้นพบว่าดาวหางปลดปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาด้วย ซึ่งทำให้เหล่านักวิจัยพากันประหลาดใจ เพราะไม่เคยคาดกันมาก่อนว่าจะมีการปล่อยรังสีเอกซ์จากดาวหาง เชื่อว่ารังสีเอกซ์เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างดาวหางกับลมสุริยะ ขณะที่ประจุไฟฟ้าศักย์สูงเคลื่อนผ่านบรรยากาศรอบดาวหางแล้วเกิดปะทะกับอะตอมและโมเลกุลของดาวหาง ในการปะทะนั้นไอออนได้จับกับอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่ง แล้วปล่อยรังสีเอกซ์รวมถึงโฟตอนที่ความถี่ระดับอัลตราไวโอเลตไกล
ดาวหางส่วนใหญ่มีวงโคจรเป็นวงรีที่เรียวมาก ๆ โดยมีปลายข้างหนึ่งของวงรีเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ ส่วนปลายอีกข้างหนึ่งทอดไกลออกไปยังด้านนอกของระบบสุริยะ สามารถแบ่งประเภทของดาวหางได้เป็นกลุ่มตามคาบการโคจร ยิ่งดาวหางมีคาบการโคจรยาวเท่าใด รูปวงรีก็จะยิ่งเรียวมากขึ้นเมื่อดูจากลักษณะของวงโคจร เชื่อกันว่าดาวหางคาบสั้นน่าจะมีต้นกำเนิดมาจากแถบไคเปอร์ซึ่งอยู่ในห้วงอวกาศแถบวงโคจรของดาวเนปจูน ส่วนดาวหางคาบยาวน่าจะมาจากแหล่งที่ไกลกว่านั้น เช่นในกลุ่มเมฆออร์ต (ตั้งชื่อตามนักดาราศาสตร์ชาวเนเธอร์แลนด์ เจน เฮนดริก ออร์ต ผู้ค้นพบ) เชื่อกันว่า มีวัตถุลักษณะคล้ายดาวหางจำนวนมากโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงเกือบกลมในระยะวงโคจรราว ๆ นั้นอยู่แล้ว แต่อิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์รอบนอก (กรณีแถบไคเปอร์) หรือแรงโน้มถ่วงจากดวงดาวอื่น (กรณีกลุ่มเมฆออร์ต) อาจส่งผลโดยบังเอิญทำให้วัตถุอวกาศในเขตนั้นเปลี่ยนวงโคจรกลายเป็นวงรีและเคลื่อนเข้าหาดวงอาทิตย์ จนกลายมาเป็นดาวหางที่เรามองเห็น แต่ทว่าการปรากฏของดาวหางใหม่ ๆ ตามสมมุติฐานข้อนี้ยังไม่อาจคาดการณ์ได้
วงโคจรอันเป็นวงรีทำให้ดาวหางผ่านเข้าไปใกล้ดาวเคราะห์ขนาดใหญ่บ่อยครั้ง ทำให้วงโคจรของดาวหางบิดเพี้ยนไป ดาวหางคาบสั้นมักมีจุดปลายสุดของวงโคจรด้านไกลดวงอาทิตย์อยู่ในรัศมีวงโคจรของดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ เช่นดาวพฤหัสบดี ซึ่งมีมวลรวมมากกว่าดาวเคราะห์ที่เหลือทั้งหมดรวมกัน ในบางครั้งดาวหางคาบยาวก็อาจถูกแรงโน้มถ่วงรบกวนเส้นทางโคจรจนทำให้กลายมาเป็นดาวหางคาบสั้นได้ (ดาวหางฮัลเลย์อาจเป็นตัวอย่างหนึ่งของกรณีนี้)
การเฝ้าสังเกตการณ์ในยุคแรกไม่ค่อยพบดาวหางที่มีวงโคจรแบบไฮเพอร์โบลา (หรือดาวหางแบบไม่มีคาบ) แต่ไม่มีดาวหางดวงใดจะรอดพ้นแรงโน้มถ่วงรบกวนจากดาวพฤหัสบดีไปได้ หากดาวหางเคลื่อนไปในห้วงอวกาศระหว่างดาว มันจะต้องเคลื่อนที่ไปด้วยความเร็วในระดับเดียวกับความเร็วสัมพัทธ์ของดาวที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ (ระดับหลายสิบกิโลเมตรต่อวินาที) เมื่อวัตถุเหล่านั้นเข้ามาในระบบสุริยะก็มักจะมีวิถีโคจรเป็นแบบไฮเพอร์โบลา จากการคำนวณอย่างหยาบ ๆ พบว่าจะมีดาวหางที่มีวงโคจรแบบไฮเพอร์โบลาเกิดขึ้นประมาณศตวรรษละสี่ดวง
ปัจจุบัน ดาวหางรายคาบที่ค้นพบในศตวรรษที่แล้วจำนวนหนึ่งได้ "สูญหายไป" แต่วงโคจรของมันเท่าที่ตรวจวัดยังไม่ละเอียดดีพอสำหรับทำนายการปรากฏตัวในอนาคต อย่างไรก็ดี มีการค้นพบ "ดาวหางใหม่" บางดวง และเมื่อคำนวณวงโคจรของมันแล้ว อาจเป็นไปได้ว่ามันคือดาวหางเก่าที่ "สูญหายไป" นั่นเอง ตัวอย่างเช่นดาวหางเทมเพล-ซวิฟท์-ลีเนียร์ ซึ่งค้นพบในปี พ.ศ. 2412 (ค.ศ. 1869) แต่ไม่สามารถสังเกตการณ์ได้อีกหลังจากปี พ.ศ. 2451 เนื่องจากการรบกวนวงโคจรของดาวพฤหัสบดี กลับมาปรากฏตัวอีกครั้งโดยบังเอิญโดยโครงการลีเนียร์ ( : โครงการความร่วมมือระหว่างกองทัพอากาศสหรัฐฯ, นาซา และเอ็มไอที) ในปี พ.ศ. 2544
โดยทั่วไปเมื่อดาวหางโคจรรอบดวงอาทิตย์ไปนานเข้า องค์ประกอบในนิวเคลียสที่ระเหิดง่ายจะค่อย ๆ ระเหิดหายไปจนหมด ดาวหางอาจสลายตัวกลายเป็นฝุ่นผง หรือกลายเป็นเศษซากก้อนหินดำมืด มีสภาพคล้ายกับดาวเคราะห์น้อย ดาวหางบางดวงก็แตกออกเป็นเสี่ยง ๆ ตัวอย่างเช่นดาวหางชวาสมานน์-วัคมานน์ 3 ที่แตกเป็นเสี่ยงเมื่อปี พ.ศ. 2549 การแตกกระจายของดาวหางเกิดได้จากแรงโน้มถ่วงมหาศาลจากดวงอาทิตย์หรือดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ ทำให้เกิด "การระเบิด" ขององค์ประกอบที่ระเหิดได้ หรืออาจเกิดจากสาเหตุอื่นที่ยังไม่มีคำอธิบายที่ชัดเจน
ดาวหางบางดวงมีจุดจบที่อลังการกว่านั้น เช่นพุ่งไปตกบนดวงอาทิตย์ หรือพุ่งเข้าชนดาวเคราะห์หรือวัตถุอวกาศอื่น ๆ เชื่อกันว่าเหตุการณ์ที่ดาวหางพุ่งชนดาวเคราะห์หรือดวงจันทร์เกิดขึ้นเป็นปกติมานานแล้วในช่วงเริ่มต้นของระบบสุริยะ หลุมบ่อขนาดใหญ่มากมายบนดวงจันทร์ก็สันนิษฐานว่าเกิดจากการพุ่งชนของดาวหาง การพุ่งชนของดาวหางครั้งล่าสุดเกิดขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2537 เมื่อดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 9 แตกเป็นเสี่ยงๆ แล้วพุ่งเข้าชนดาวพฤหัสบดี
ดาวหางและดาวเคราะห์น้อยหลายดวงเคยพุ่งชนโลกเมื่อยุคเริ่มแรก นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากเชื่อว่าการที่ดาวหางมากมายพุ่งชนโลกในวัยเยาว์ (เมื่อประมาณ 4 พันล้านปีก่อน) นำพาน้ำจำนวนมหาศาลซึ่งปัจจุบันกลายเป็นมหาสมุทรที่ปกคลุมผิวโลก แต่นักวิจัยบางคนยังตั้งข้อสงสัยต่อทฤษฎีนี้ การตรวจพบโมเลกุลอินทรีย์บนดาวหางทำให้เกิดแนวคิดขึ้นว่า ดาวหางหรือดาวตกอาจเป็นตัวนำ "ชีวิต" มายังโลก ปัจจุบันมีดาวหางจำนวนมากที่มีวงโคจรเข้าใกล้โลก แต่กระนั้นโอกาสที่โลกจะถูกชนด้วยดาวเคราะห์น้อยยังมีความเป็นไปได้มากกว่า
นอกจากนี้ยังมีแนวคิดว่า นานมาแล้วดาวหางอาจเคยพุ่งชนดวงจันทร์ ทำให้เกิดน้ำปริมาณมากบนดวงจันทร์ของโลก ซึ่งปัจจุบันอาจหลงเหลืออยู่ในรูปของน้ำแข็งบนดวงจันทร์
ตลอดสองร้อยปีที่ผ่านมา มีการตั้งชื่อให้แก่ดาวหางอยู่หลายวิธี เนื่องจากยังไม่มีระบบวิธีการตั้งชื่ออย่างเป็นทางการ ก่อนถึงต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 ดาวหางจะถูกเรียกชื่อตามปีที่มีการค้นพบ และบางครั้งก็มีคำขยายเพิ่มเติมสำหรับดาวหางที่สว่างเป็นพิเศษ เช่น "ดาวหางใหญ่แห่งปี 1680" (ดาวหางเคียช, Kirch) "ดาวหางใหญ่ในเดือนกันยายน 1882" และ "ดาวหางที่เห็นได้ในยามกลางวันปี 1910" (หรือ "ดาวหางใหญ่เดือนมกราคม 1910") เป็นต้น ในเวลาต่อมา เอ็ดมันด์ ฮัลเลย์ สามารถพิสูจน์ได้ว่าดาวหางที่ปรากฏในปี ค.ศ. 1531, 1607 และ 1682 เป็นดาวหางดวงเดียวกัน และสามารถทำนายได้อย่างถูกต้องว่ามันจะหวนมาเยือนโลกอีกครั้งในปี ค.ศ. 1759 หลังจากนั้นดาวหางดวงนั้นก็ได้ชื่อว่า ดาวหางฮัลเลย์ ด้วยวิธีเดียวกันนี้ ดาวหางที่สามารถทำนายรอบโคจรได้ในเวลาต่อมาเป็นดวงที่ 2 และ 3 จึงได้ชื่อว่า ดาวหางเองเคอ และดาวหางบีลา (Biela) ตามชื่อสกุลของนักดาราศาสตร์ที่คำนวณวงโคจรได้ถูกต้อง แทนชื่อเก่าดั้งเดิมของมัน หลังจากนั้นดาวหางรายคาบก็มักถูกตั้งชื่อตามนามสกุลของผู้ค้นพบ ยกเว้นดาวหางที่ปรากฏตัวเพียงครั้งเดียวยังคงมีชื่อเรียกเป็นปีที่ปรากฏตัวอยู่ดังเดิม
ต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 วิธีการตั้งชื่อดาวหางตามชื่อผู้ค้นพบกลายเป็นวิธีสามัญทั่วไป และยังคงใช้เรื่อยมาจนถึงปัจจุบัน ดาวหางหนึ่งดวงจะตั้งชื่อตามผู้ค้นพบได้ถึงสามคน ในช่วงหลัง ๆ มีดาวหางหลายดวงที่ถูกค้นพบโดยเครื่องมือที่ควบคุมด้วยทีมนักดาราศาสตร์หลายคน ในกรณีเช่นนี้อาจตั้งชื่อดาวหางตามชื่อเครื่องมือตรวจวัดนั้นก็ได้ ตัวอย่างเช่น ดาวหางไอราส-อาราคี-อัลคอค (IRAS-Araki-Alcock) ค้นพบโดยทั้งดาวเทียมไอราส นักดาราศาสตร์สมัครเล่นชื่อ เจนิชี อาราคี (Genichi Araki) และจอร์จ อัลคอค (George Alcock) ในอดีตถ้าผู้ค้นพบหรือกลุ่มผู้ค้นพบมีการค้นพบดาวหางมากกว่าหนึ่งดวง จะตั้งชื่อดาวหางตามด้วยชื่อผู้ค้นพบและต่อท้ายด้วยหมายเลข (สำหรับดาวหางรายคาบเท่านั้น) เช่น ดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 1-9 เป็นต้น แต่ในปัจจุบันมีดาวหางจำนวนมากที่ค้นพบโดยเครื่องมือทางดาราศาสตร์ต่าง ๆ (เช่นในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2548 ยานโซโฮค้นพบดาวหางเป็นดวงที่ 1,000) ทำให้วิธีการตั้งชื่อแบบนี้ไม่เหมาะสม แต่ก็ยังไม่มีการกำหนดกฎเกณฑ์อื่นใดขึ้นมาแทนที่เพื่อระบุชื่อเฉพาะให้แก่ดาวหาง แต่มีการใช้ระบบกำหนดชื่อชั่วคราวขึ้นมาใช้เพื่อป้องกันความสับสน
แต่เดิมมาจนถึงปี พ.ศ. 2537 (ค.ศ. 1994) ดาวหางที่ค้นพบใหม่จะได้รับชื่อชั่วคราวไปก่อนโดยใช้เลขปีคริสต์ศักราชที่ค้นพบ ตามด้วยอักษรโรมันตัวเล็ก เรียงตามลำดับการค้นพบในปีนั้น ๆ (ตัวอย่างเช่น ดาวหาง 1969 ไอ (หรือดาวหางเบนเน็ต) เป็นดาวหางดวงที่ 9 ที่ค้นพบในปี ค.ศ. 1969) เมื่อดาวหางผ่านจุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด และสามารถคำนวณวงโคจรของมันได้แล้ว ดาวหางดวงนั้นจะได้รับชื่อถาวรเป็นเลขปีที่เข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด ตามด้วยเลขโรมันบอกลำดับการเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ในปีนั้น ๆ ดังนั้นดาวหาง 1969i จึงกลายไปเป็นดาวหาง 1970 II เนื่องจากมันเป็นดาวหางดวงที่สองที่เข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดในปี ค.ศ. 1970
แต่เมื่อมีการค้นพบดาวหางมากขึ้นเรื่อย ๆ วิธีการเช่นนี้จึงยุ่งยากมาก ในปี ค.ศ. 1994 สหพันธ์ดาราศาสตร์สากลจึงอนุมัติระบบการตั้งชื่อดาวหางแบบใหม่ โดยดาวหางจะมีชื่อเป็นเลขปีที่ค้นพบตามด้วยตัวอักษรระบุปักษ์ของเดือนที่ค้นพบ และหมายเลขบอกลำดับการค้นพบในเดือนนั้น (เป็นระบบการตั้งชื่อที่คล้ายคลึงกับระบบการตั้งชื่อดาวเคราะห์น้อย) ดังนั้นดาวหางดวงที่สี่ที่ค้นพบในปักษ์หลังของเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2549 จึงมีชื่อว่า 2006 D4 ทั้งนี้อาจมีอักษรนำเพื่อระบุประเภทของดาวหางนั้น เช่น
หลังการสังเกตการณ์เมื่อดาวหางผ่านจุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดครั้งที่สอง ดาวหางรายคาบจะได้รับชื่อเพื่อระบุลำดับการค้นพบ ดังนั้น ดาวหางของเอ็ดมันด์ ฮัลเลย์ ซึ่งเป็นดาวหางที่มีการระบุว่ามีคาบโคจรเป็นดวงแรก จึงได้รับชื่อตามระบบใหม่นี้ว่า 1 พี/1682 คิว 1 ส่วนดาวหางเฮล-บอปป์ ได้ชื่อว่า ซี/1995 โอ 1 เป็นต้น
มีวัตถุอวกาศอีกเพียง 5 ชิ้นที่ยังไม่สามารถแยกแยะประเภทได้ชัดเจน และยังอยู่ในรายชื่อของทั้งดาวหางและดาวเคราะห์น้อย ได้แก่ 2060 ไครอน (95P/Chiron), 4015 วิลสัน-แฮร์ริงตัน (107P/Wilson-Harrington), 7968 เอลสท์-พิซซาโร (133P/Elst-Pizarro), 60558 เอคีคลัซ (174P/Echeclus) และ 118401 ลีเนียร์ (176P/LINEAR, LINEAR 52)
ก่อนจะมีการประดิษฐ์คิดค้นกล้องโทรทรรศน์ขึ้น ดาวหางดูเหมือนอยู่ ๆ ก็ปรากฏขึ้นมาบนท้องฟ้า จากนั้นใช้เวลาหลายวันจึงค่อย ๆ อันตรธานหายไป ผู้คนมักเชื่อว่าการปรากฏของดาวหางนำมาซึ่งลางร้ายต่อกษัตริย์หรือผู้นำของพวกเขา หรือนำเอาภัยพิบัติมาสู่ บางครั้งถึงกับทำนายว่าจะเป็นเหตุแห่งการสิ้นเผ่าพันธุ์ต่าง ๆ บนโลก จากหลักฐานโบราณที่ค้นพบ เช่น กระดูกทำนายของชาวจีน ทำให้เราทราบว่ามนุษย์ได้สังเกตเห็นการปรากฏตัวของดาวหางมานานนับพันปีแล้ว นักวิชาการบางคนตีความว่า "ดวงดาวที่ร่วงหล่น" ดังปรากฏในมหากาพย์กิลกาเมช ในพระธรรมวิวรณ์ และในบันทึกของอินอค อาจจะหมายถึงดาวหางหรือดาวตกดวงใหญ่ก็ได้
ในบันทึกของอริสโตเติลเกี่ยวกับดินฟ้าอากาศฉบับแรกของเขา ได้บรรยายถึงมุมมองเกี่ยวกับดาวหางที่ได้มีอิทธิพลอยู่เหนือแนวคิดของชาวตะวันตกมานานกว่าสองพันปีแล้ว อริสโตเติลไม่เห็นด้วยกับนักปรัชญายุคก่อนที่บอกว่าดาวหางคือดาวเคราะห์ หรือปรากฏการณ์อย่างใดอย่างหนึ่งที่เกี่ยวกับดาวเคราะห์ เนื่องจากพื้นฐานแนวคิดที่ว่าดาวเคราะห์มีขอบข่ายการเคลื่อนที่อยู่บนจักรราศี ขณะที่ดาวหางปรากฏตัวขึ้น ณ จุดใดบนท้องฟ้าก็ได้ ตรงกันข้าม อริสโตเติลอธิบายว่า ดาวหางเป็นปรากฏการณ์ในบรรยากาศชั้นบน อันเป็นที่ซึ่งไออากาศร้อนและเย็นไปรวมตัวกันอยู่ และทำให้เกิดการลุกไหม้เป็นเปลวเพลิง เขาใช้แนวคิดนี้อธิบายสิ่งอื่นนอกจากดาวหาง เช่น ดาวตก แสงออโรรา หรือแม้แต่ทางช้างเผือกด้วย
นักปรัชญายุคคลาสสิกบางคนไม่เห็นด้วยกับแนวคิดเช่นนี้ ซีนีกา นักปรัชญาชาวโรมัน ได้เฝ้าสังเกตการณ์ดาวหางและพบว่ามันเคลื่อนที่ไปบนท้องฟ้าอย่างสม่ำเสมอโดยไม่ถูกรบกวนจากกระแสลม มีลักษณะเหมือนวัตถุท้องฟ้ามากกว่าปรากฏการณ์ด้านดินฟ้าอากาศ ในขณะที่เขายอมรับว่าดาวเคราะห์เคลื่อนที่อยู่ภายในกลุ่มดาวจักรราศีเท่านั้น แต่เขาไม่เห็นเหตุผลที่วัตถุคล้ายดาวเคราะห์อื่น ๆ จะเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งอื่นๆ บนท้องฟ้าไม่ได้ เพราะความรู้ของมนุษยชาติเกี่ยวกับวัตถุท้องฟ้าในยุคนั้นยังน้อยอยู่มาก อย่างไรก็ดีแนวคิดของฝ่ายสนับสนุนอริสโตเติลเป็นที่ยอมรับมากกว่า และเป็นเช่นนั้นเรื่อยมาจนถึงคริสต์ศตวรรษที่ 16 กว่าจะมีการพิสูจน์ได้ว่าดาวหางเป็นสิ่งซึ่งอยู่พ้นจากชั้นบรรยากาศของโลก
พ.ศ. 2120 (ค.ศ. 1577) มีดาวหางสว่างมากดวงหนึ่งปรากฏบนท้องฟ้าเป็นเวลาหลายเดือน นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กชื่อ ไทโค บราเฮ ได้เปรียบเทียบผลการติดตามวัดเส้นทางการเคลื่อนที่ของดาวหางระหว่างของเขาเองกับผลของคนอื่น ๆ ซึ่งมีตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ห่างไกลกัน พบว่าได้ผลลัพธ์ที่ตรงกันทุกประการ ไม่มีแพรัลแลกซ์ แสดงว่าดาวหางจะต้องอยู่ห่างจากโลกไปเป็นระยะทางอย่างน้อยสี่เท่าของระยะทางระหว่างโลกกับดวงจันทร์
บันทึกเกี่ยวกับการปรากฏตัวของดาวหางที่มีชื่อเสียงมากชิ้นหนึ่ง ได้แก่ภาพดาวหางฮัลเลย์บนผ้าปักบายู (Bayeux Tapestry) แสดงการปรากฏตัวของดาวหางในช่วงที่ชาวนอร์มันบุกโจมตีอังกฤษในปี ค.ศ. 1066
แม้ดาวหางจะได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวัตถุท้องฟ้า แต่การเคลื่อนที่ของมันบนท้องฟ้ายังเป็นหัวข้อถกเถียงกันต่อมาอีกนับศตวรรษ แม้เมื่อโยฮันเนส เคปเลอร์ ได้พิสูจน์ในปี ค.ศ. 1609 แล้วว่าดาวเคราะห์ทั้งหลายต่างเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ในวงโคจรรูปวงรี แต่เขาก็ยังไม่แน่ใจว่ากฎเกณฑ์นี้จะใช้กับการเคลื่อนที่ของวัตถุอื่น ๆ ได้หรือไม่ เขาเชื่อว่าดาวหางเดินทางเป็นเส้นตรงไปท่ามกลางหมู่ดาวเคราะห์ กาลิเลโอ กาลิเลอี ผู้เชื่อมั่นในทฤษฎีของโคเปอร์นิคัสอย่างแข็งขัน ก็ไม่เห็นด้วยกับแนวคิดของไทโค และกลับเชื่อถือแนวคิดของอริสโตเติลมากกว่า ว่าดาวหางเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงผ่านไปในบรรยากาศชั้นบน
บุคคลแรกที่เสนอแนวคิดว่ากฎของเคปเลอร์สามารถใช้ได้กับการเคลื่อนที่ของดาวหาง ได้แก่ วิลเลียม โลเวอร์ ในปี ค.ศ. 1610 หลายทศวรรษต่อจากนั้น นักดาราศาสตร์มากมายเช่น ปิแยร์ เปติต์ (Pierre Petit), โจวันนี โบเรลลิ (Giovanni Borelli), เอเดรียน โอโซต์ (Adrien Auzout), โรเบิร์ต ฮุค (Robert Hooke), โจฮัน แบบติสต์ ไคแซท (Johann Baptist Cysat) และโจวันนี โดเมนีโก กัสซีนี ต่างสนับสนุนว่าดาวหางเคลื่อนผ่านดวงอาทิตย์เป็นเส้นโค้งแบบวงรีหรือพาราโบลา ในขณะที่นักดาราศาสตร์อื่น ๆ เช่น คริสตียาน เฮยเคินส์ และโยฮันเนส เฮเวเลียส ยังคงสนับสนุนแนวคิดว่าดาวหางเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง
ข้อถกเถียงนี้คลี่คลายเมื่อดาวหางสว่างดวงหนึ่งถูกค้นพบโดย กอตฟรีด เคียช เมื่อวันที่ 14 พฤศจิกายน ค.ศ. 1680 นักดาราศาสตร์ทั่วทั้งยุโรปพากันติดตามเส้นการเดินทางของดาวหางดวงนี้เป็นเวลาหลายเดือน ปี ค.ศ. 1681 นักบวชชาวแซกซอนชื่อ จอร์จ ซามูเอล โดเฟล (Georg Samuel Doerfel) พิสูจน์ได้ว่าดาวหางเป็นวัตถุท้องฟ้าที่เคลื่อนที่บนเส้นทางพาราโบลา โดยมีดวงอาทิตย์เป็นจุดโฟกัส ต่อมาในปี 1687 ไอแซก นิวตัน ได้เขียนในหนังสือ "Principia Mathematica" พิสูจน์ว่าวัตถุที่เคลื่อนที่ไปภายใต้กฎกำลังสองผกผัน (inverse square law) ของแรงโน้มถ่วงในเอกภพ จะต้องมีเส้นทางเป็นวงรีเหมือนภาคตัดของกรวย เขายังพิสูจน์ได้ด้วยว่าเส้นทางดาวหางบนท้องฟ้าเข้ากันพอดีกับเส้นโค้งแบบพาราโบลา โดยใช้ดาวหางปี 1680 เป็นตัวอย่างการคำนวณ
ปี ค.ศ. 1705 เอ็ดมันด์ ฮัลเลย์ ได้นำวิธีคิดของนิวตันมาใช้ศึกษาวัตถุท้องฟ้าแปลกประหลาดที่มีลักษณะคล้ายดาวหาง ปรากฏบนฟ้าระหว่างปี ค.ศ. 1337 - 1698 เขาสังเกตพบว่าในจำนวนนี้มีดาวหางสามดวง คือในปี ค.ศ. 1531, 1607 และ 1682 มีลักษณะการเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้งที่ใกล้เคียงกันมาก เขาอธิบายว่าความแตกต่างของเส้นทางไปเล็กน้อยนั้นเกิดจากผลของแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ เมื่อเขาเชื่อมั่นว่าดาวหางทั้งสามนั้นเป็นดวงเดียวกัน จึงคำนวณและทำนายว่ามันจะต้องกลับมาปรากฏตัวอีกครั้งในราวปี ค.ศ. 1758-9 (ก่อนหน้านั้น โรเบิร์ต ฮุค เคยประกาศว่าดาวหางแห่งปี 1664 เป็นดวงเดียวกับปี 1618 และฌอง-โดมินิค กัสซีนี ก็คิดว่าดาวหางในปี 1557, 1665 และ 1680 เป็นดวงเดียวกัน แต่ทั้งสองคนคาดการณ์ผิด) การคำนวณของฮัลเลย์ได้รับการทบทวนจากนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส 3 คน คือ อเล็กซิส ไคลโรต์ (Alexis Clairaut), โจเซฟ ลาลังเด (Joseph Lalande), และ นิโคล-รีน เลอโปต์ (Nicole-Reine Lepaute), ได้ผลว่าดาวหางจะปรากฏตัวในปี ค.ศ. 1759 โดยมีความคลาดเคลื่อนเพียง 1 เดือน ครั้นเมื่อดาวหางกลับมาปรากฏตรงตามการคำนวณจริง ๆ ดาวหางดวงนั้นจึงได้ชื่อว่า ดาวหางฮัลเลย์ (ชื่อตามระบบการตั้งชื่ออย่างเป็นทางการคือ 1 พี/ฮัลเลย์) มันจะมาปรากฏตัวอีกครั้งในปี ค.ศ. 2061
ในบรรดาดาวหางคาบสั้นซึ่งมีการเฝ้าสังเกตการณ์หลายครั้งตามบันทึกประวัติศาสตร์ ดาวหางฮัลเลย์เป็นดาวหางที่โดดเด่นเป็นพิเศษ เพราะมันมีความสว่างมากจนสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เมื่อการพิสูจน์วงโคจรของดาวหางฮัลเลย์ทำได้สำเร็จ ก็มีการค้นพบดาวหางรายคาบเพิ่มขึ้นอีกมากมายด้วยกล้องโทรทรรศน์ ดาวหางดวงที่สองที่สามารถค้นพบคาบการโคจรคือดาวหางเองเคอ (ชื่อตามระบบอย่างเป็นทางการคือ 2P/Encke) ช่วงปี ค.ศ. 1819-1821 นายแพทย์และนักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ โยฮัน ฟรานซ์ เองเคอ (Johann Franz Encke) ได้คำนวณวงโคจรของดาวหางที่ปรากฏตัวในปี 1786, 1795, 1805 และ 1818 และสรุปว่ามันเป็นดาวหางดวงเดียวกัน เขาสามารถทำนายการกลับมาปรากฏตัวอีกครั้งได้อย่างถูกต้องในปี ค.ศ. 1822 ครั้นถึง ค.ศ. 1900 มีดาวหาง 17 ดวงที่ถูกเฝ้าสังเกตการณ์และพบว่ามันผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดมากกว่าหนึ่งครั้ง จึงจัดหมวดให้เป็นดาวหางรายคาบ เดือนเมษายน พ.ศ. 2549 มีดาวหางรายคาบรวมแล้ว 175 ดวง แม้จะมีหลายดวงที่แตกสลายหรือสูญหายไปเสียแล้ว ในตารางประเภทวัตถุท้องฟ้า ดาวหางจะใช้สัญลักษณ์แทนที่ด้วย ☄
ไอแซก นิวตัน ได้อธิบายลักษณะของดาวหางไว้ว่าเป็นวัตถุแข็งทนทานเคลื่อนที่ไปด้วยวงโคจรโค้งรี หางของมันเป็นแนวละอองไอบาง ๆ ที่แผ่ออกมาจากนิวเคลียส สามารถจุดติดไฟขึ้นได้ด้วยความร้อนจากดวงอาทิตย์ นิวตันสงสัยว่าดาวหางเป็นต้นกำเนิดขององค์ประกอบอันจำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิต และยังเชื่อว่าไอระเหยของดาวหางเป็นต้นกำเนิดของน้ำบนดาวเคราะห์ (ซึ่งต่อมาทำให้เกิดดินจากการเติบโตและเน่าเปื่อยของพืช) ส่วนดวงอาทิตย์เป็นแหล่งเชื้อเพลิง
ช่วงต้นคริสต์ศตวรรษที่ 18 นักวิทยาศาสตร์บางคนให้ข้อสมมุติฐานที่ถูกต้องเกี่ยวกับองค์ประกอบทางกายภาพของดาวหาง ในปี ค.ศ. 1755 อิมมานูเอิล คานท์ สันนิษฐานว่าดาวหางประกอบด้วยสสารที่ระเหิดได้ง่าย การระเหิดเป็นไอทำให้มันส่องแสงสว่างเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ ปี ค.ศ. 1836 นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน ฟรีดริช วิลเฮล์ม เบสเซล ซึ่งได้เฝ้าสังเกตดาวหางฮัลเลย์ในปี 1835 ได้เสนอว่าแรงดันของแก๊สที่พวยพุ่งบนพื้นผิวเป็นแรงเคลื่อนสำคัญที่ทำให้วงโคจรของดาวหางเปลี่ยนแปลงไป และยังเสนอว่าการที่ดาวหางเองเคอเปลี่ยนแปลงทิศทางโคจรก็เนื่องมาจากกลไกนี้
อย่างไรก็ดี การค้นพบอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับดาวหางได้บดบังสมมุติฐานเหล่านี้เป็นเวลาเกือบศตวรรษ ตลอดช่วง ค.ศ. 1864-1866 นักดาราศาสตร์ชาวอิตาลี ชื่อจิโอวานนิ เชียพาเรลลิ คำนวณวงโคจรของดาวตกจากฝนดาวตกเพอร์ซิอัส (Perseid) ความคล้ายกันของวงโคจร ทำให้เขาสันนิษฐานได้อย่างถูกต้องว่าฝนดาวตกเพอร์ซิอัสเป็นชิ้นส่วนที่เกิดจากดาวหางสวิฟต์-ทัตเทิล การเชื่อมโยงระหว่างดาวหางกับฝนดาวตกได้รับการยืนยันเมื่อเกิดฝนดาวตกกลุ่มใหญ่จากวงโคจรของดาวหางบีลาในปี 1872 ซึ่งตรวจพบว่าดาวหางได้แยกออกเป็นสองส่วนหลังการปรากฏตัวในปี ค.ศ. 1846 และไม่มีการพบอีกเลยหลังปี 1852 เมื่อนั้นจึงเกิดทฤษฎีเกี่ยวกับโครงสร้างของดาวหางว่าประกอบด้วย "กลุ่มเศษหิน" เคลือบด้านนอกไว้ด้วยชั้นน้ำแข็ง
กลางคริสต์ศตวรรษที่ 20 กลับพบว่าแบบจำลองนี้มีข้อบกพร่องบางประการ มันไม่สามารถอธิบายได้ว่าเหตุใดวัตถุซึ่งประกอบด้วยเศษน้ำแข็งจึงสามารถเปล่งแสงสว่างจากการระเหยเป็นไอได้แม้จะผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์แล้วหลายครั้ง ปี ค.ศ. 1950 เฟร็ด ลอเรนซ์ วิปเปิล เสนอว่าดาวหางอาจไม่ใช่กลุ่มหินที่มีน้ำแข็งผสมอยู่ แต่มันน่าจะเป็นก้อนน้ำแข็งที่มีฝุ่นและเศษหินผสมอยู่ แบบจำลอง "ก้อนหิมะสกปรก" กลายเป็นที่ยอมรับในเวลาต่อมา และได้รับการยืนยันเมื่อยานอวกาศหลายลำ (เช่น "ยานจอตโต" ขององค์การอวกาศยุโรป (European Space Agency) และ "ยานเวกา 1" กับ "ยานเวกา 2" ของสหภาพโซเวียต) ได้แล่นผ่านเข้าไปในโคม่าของดาวหางฮัลเลย์ในปี พ.ศ. 2529 (ค.ศ. 1986) และสามารถถ่ายภาพนิวเคลียสของดาวหางกับการพวยพุ่งของแก๊สบนพื้นผิว "ยานดีปสเปซ 1" ของสหรัฐอเมริกาแล่นผ่านนิวเคลียสของดาวหางโบร์เรลลีเมื่อวันที่ 21 กันยายน พ.ศ. 2544 (ค.ศ. 2001) และยืนยันว่าลักษณะที่เกิดบนดาวหางฮัลเลย์ก็เกิดขึ้นบนดาวหางดวงอื่นด้วยเช่นกัน
"ยานสตาร์ดัสต์" ที่ขึ้นสู่อวกาศเมื่อเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2542 ได้เก็บชิ้นส่วนจากโคม่าของดาวหางวิลด์ 2 เมื่อเดือนมกราคม 2547 และนำตัวอย่างกลับมายังโลกเมื่อเดือนมกราคม 2549 คลอเดีย อเล็กซานเดอร์ นักวิทยาศาสตร์แห่งนาซาซึ่งศึกษารูปแบบโครงสร้างดาวหางมาเป็นเวลาหลายปี ได้รายงานในเว็บไซต์ space.com ถึงจำนวนลำของแก๊สที่มีอยู่มากมายจนน่าตื่นตะลึง การปรากฏของมันบนพื้นผิวด้านมืดและด้านสว่างของดาวหาง ความแรงของแก๊สที่สามารถยกหินก้อนใหญ่โยนออกจากพื้นผิวดาวหางได้อย่างง่ายดาย รวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่านิวเคลียสของดาวหางวิลด์ 2 ไม่ได้ประกอบด้วยชิ้นส่วนที่ยึดกันอย่างหลวม ๆ
โครงการอวกาศเมื่อเร็ว ๆ นี้และในอนาคตจะช่วยเผยข้อมูลให้เราเข้าใจธรรมชาติและองค์ประกอบของดาวหางได้มากขึ้น เดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2548 "ยานดีปอิมแพ็กต์" ได้เจาะหลุมขนาดใหญ่บนดาวหางเทมเพล 1 เพื่อศึกษาโครงสร้างภายใน จากนั้นในปี พ.ศ. 2557 (ค.ศ. 2014) "ยานโรเซตตา" ของยุโรปจะเข้าสู่วงโคจรรอบดาวหางชูรูย์มอฟ-เกราซีเมนโค (Churyumov-Gerasimenko) โดยจะนำยานลูกขนาดเล็กลงจอดบนพื้นผิวของมัน
นักวิทยาศาสตร์ยังคงถกเถียงกันต่อเนื่องมาโดยตลอดว่าในดาวหางหนึ่งดวงจะมีปริมาณน้ำแข็งอยู่มากเพียงใด พ.ศ. 2544 ทีม "ดีปสเปซ 1" ขององค์การนาซาได้รับภาพความละเอียดสูงแสดงรายละเอียดพื้นผิวของดาวหางโบร์เรลลี พวกเขาประกาศว่าดาวหางโบร์เรลลีมีแก๊สพวยพุ่งขึ้นเป็นจำนวนมาก ทั้งที่พื้นผิวนั้นทั้งร้อนและแห้ง ตรงข้ามกับสมมุติฐานว่ามีน้ำกับน้ำแข็งบนดาวหาง ดร.ลอเรนซ์ โซเดอร์บลอม แห่งสถาบันธรณีวิทยา สหรัฐอเมริกา กล่าวว่า "สเปกตรัมแสดงให้เห็นว่าพื้นผิวดาวหางนั้นร้อนและแห้ง น่าแปลกมากที่เรามองไม่เห็นร่องรอยของน้ำแข็งเลย" อย่างไรก็ดี เขาเสนอแนวคิดว่าน้ำแข็งอาจจะซ่อนอยู่ข้างใต้ชั้นผิวด้านนอกก็ได้
ข้อมูลจาก "ยานดีปอิมแพกต์" แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบที่เป็นน้ำแข็งส่วนใหญ่ของดาวหางอยู่ข้างใต้พื้นผิว น้ำแข็งเหล่านี้เป็นที่มาของไอน้ำที่พวยพุ่งขึ้นและทำให้เกิดเป็นโคม่าของดาวหางเทมเพล 1
อย่างไรก็ตาม ข้อมูลที่ใหม่กว่าจากโครงการ "สตาร์ดัสต์" แสดงให้เห็นว่าสสารที่เก็บได้จากหางของดาวหางวิลด์ 2 เป็นผลึกบางชนิดที่ "เกิดขึ้นได้ในเปลวไฟเท่านั้น" สสารเหล่านั้นยังบ่งชี้ว่า "ฝุ่นดาวหางประกอบด้วยสสารแบบเดียวกันกับดาวเคราะห์น้อย" ผลการสำรวจล่าสุด ทำให้นักดาราศาสตร์ต้องหวนกลับมาคิดกันใหม่ถึงธรรมชาติที่แท้จริงของดาวหางและความแตกต่างกับดาวเคราะห์น้อย
แต่ละปีมีดาวหางขนาดเล็กมากมายหลายร้อยดวงผ่านเข้ามาในระบบสุริยะชั้นใน แต่มีเพียงไม่กี่ดวงเท่านั้นที่สาธารณชนสามารถสังเกตได้ โดยเฉลี่ยทุก ๆ ทศวรรษจะมีดาวหางหนึ่งดวงที่สว่างมากพอจนสามารถสังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่า ดาวหางเหล่านี้จัดอยู่ในกลุ่มดาวหางใหญ่ (Great Comets) ในอดีตที่ผ่านมา ดาวหางที่สว่างมักทำให้เกิดการแตกตื่นคลุ้มคลั่งในหมู่ประชาชน เพราะเชื่อกันว่าเป็นลางร้ายนำมาซึ่งหายนะ ครั้นในระยะหลัง หลังจากดาวหางฮัลเลย์กลับมาเยือนในปี พ.ศ. 2453 (ค.ศ. 1910) และโลกได้เดินทางผ่านเข้าไปในหางของดาวหาง รายงานข่าวที่ผิดพลาดของหนังสือพิมพ์และสื่อมากมายทำให้เกิดความหวาดหวั่นเกี่ยวกับพิษของไซยาโนเจนและเชื้อโรคซึ่งอ้างว่าอาจคร่าชีวิตคนเป็นล้าน การปรากฏของดาวหางเฮล-บอปป์ในปี พ.ศ. 2540 ทำให้กลุ่มสาวกของลัทธิเฮเวนส์ เกต พากันฆ่าตัวตายไปเป็นจำนวนมาก อย่างไรก็ดี คนส่วนใหญ่ยังคงมองดาวหางว่าเป็นสิ่งสวยงามน่าชม
การคาดการณ์ว่าดาวหางดวงใดจะเป็นดาวหางใหญ่นั้นทำได้ยากมาก เพราะมีหลายปัจจัยที่มีผลต่อความสว่างของดาวหาง และอาจทำให้การพยากรณ์คลาดเคลื่อนไปได้ โดยทั่วไปหากดาวหางมีนิวเคลียสขนาดใหญ่ ผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มาก และไม่ถูกแสงอาทิตย์กลบเมื่อสังเกตจากโลก ก็มีแนวโน้มว่าดาวหางดวงนั้นจะเป็นดาวหางใหญ่ได้ อย่างไรก็ดี ในปี พ.ศ. 2516 ดาวหางโคฮูเทค (Kohoutek) มีคุณสมบัติทุกประการที่จะเป็นดาวหางใหญ่ แต่มันก็ไม่ได้เป็น ดาวหางเวสต์ซึ่งปรากฏขึ้นสามปีหลังจากนั้น ท่ามกลางความคาดหวังที่น้อยกว่ามาก (อาจเป็นเพราะความล้มเหลวที่เกิดกับดาวหางโคฮูเทค นักดาราศาสตร์จึงระมัดระวังมากยิ่งขึ้นในการพยากรณ์ความสว่างของดาวหาง) แต่ดาวหางเวสต์ได้กลับกลายเป็นดาวหางที่สุกสว่างน่าประทับใจอย่างยิ่ง
ปลายคริสต์ศตวรรษที่ 20 เป็นช่วงทิ้งห่าง ไม่มีดาวหางใหญ่ปรากฏขึ้นเลยเป็นเวลานานหลายปี จากนั้นก็ปรากฏดาวหางใหญ่สองดวงติด ๆ กัน คือดาวหางเฮียะกุตะเกะ (Hyakutake) ในปี พ.ศ. 2539 ตามด้วยดาวหางเฮล-บอปป์ในปี พ.ศ. 2540 ซึ่งสว่างสูงสุดในปีนั้น หลังจากที่ค้นพบก่อนหน้านั้นนานถึงสองปี ดาวหางใหญ่ดวงแรกของคริสต์ศตวรรษที่ 21 คือดาวหางแมกนอต สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าในเดือนมกราคม พ.ศ. 2550 เป็นดาวหางที่สว่างที่สุดในรอบกว่า 40 ปี อย่างไรก็ตาม ประเทศไทยไม่เห็นดาวหางดวงนี้ เนื่องจากมันมีตำแหน่งใกล้ขอบฟ้ามาก
ดาวหางเฉียดดวงอาทิตย์ (Sungrazing comet) คือดาวหางที่เข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากเป็นพิเศษ บางครั้งเข้าใกล้เพียงไม่กี่พันกิโลเมตรจากพื้นผิวดวงอาทิตย์ ดาวหางขนาดเล็กอาจระเหิดหายไปเลยเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มาก ๆ แต่ถ้าดวงใหญ่สักหน่อยก็จะสามารถเคลื่อนผ่านจุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดได้หลายครั้ง แต่ส่วนใหญ่แล้วแรงโน้มถ่วงมหาศาลของดวงอาทิตย์มักจะส่งผลให้มันแตกออกเป็นเสี่ยง ๆ เสียมากกว่า
ประมาณ 90% ของดาวหางประเภทนี้ที่สังเกตการณ์โดยยานโซโฮ มักเป็นดาวหางในตระกูลครอทซ์ (Kreutz) ซึ่งมีกำเนิดจากดาวหางขนาดยักษ์ดวงหนึ่งที่แตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยระหว่างการเข้าสู่ระบบสุริยะชั้นในเป็นครั้งแรก ส่วนอีก 10% ที่เหลือเป็นดาวหางทั่วไป ยังมีกลุ่มของดาวหางอีก 4 กลุ่มที่ถูกจัดอยู่ในประเภทนี้ ได้แก่ ดาวหางตระกูลครอต (Kracht), ครอต 2 เอ (Kracht 2a), มาร์สเดน (Marsden) และมีเยอร์ (Meyer) กลุ่มดาวหางมาร์สเดนและครอตต่างเกี่ยวข้องกับดาวหางมัคโฮลซ์ (96P/Machholz) ซึ่งเป็นดาวหางต้นกำเนิดของธารสะเก็ดดาวในฝนดาวตกควอดแดรนต์ (Quadrantids) และฝนดาวตกแกะ (Arietids)
ในบรรดาดาวหางซึ่งเรารู้จักแล้วเป็นจำนวนนับพันดวง มีบางดวงที่เป็นดาวหางผิดปกติ ดาวหางเองเคอมีวงโคจรตั้งแต่เขตรอบนอกของแถบดาวเคราะห์น้อยเข้ามาจนถึงวงโคจรของดาวพุธ ขณะที่ดาวหางชวาสมานน์-วัคมานน์ (29P/Schwassmann-Wachmann) มีวงโคจรที่เคลื่อนอยู่ระหว่างดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์เท่านั้น ดาวหาง 2060 ไครอน ซึ่งมีวงโคจรที่ไม่เสถียร เปลี่ยนแปรอยู่ระหว่างดาวเสาร์กับดาวยูเรนัส ถูกจัดประเภทเป็นดาวเคราะห์น้อยเมื่อตอนที่ค้นพบครั้งแรก จนกระทั่งต่อมามีการค้นพบหางโคม่าอย่างจาง ๆ ในทำนองเดียวกัน ดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 2 ก็ถูกจัดประเภทเริ่มต้นเป็นดาวเคราะห์น้อย 1990 UL3 คาดว่าดาวเคราะห์น้อยที่เข้ามาใกล้โลกประมาณ 6% เป็นนิวเคลียสของดาวหางที่หมดอายุ ไม่มีแก๊สหลงเหลืออยู่อีกต่อไปแล้ว
มีการเฝ้าสังเกตดาวหางบางดวงไปจนกระทั่งถึงกาลแตกดับระหว่างเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด ในจำนวนนี้รวมถึงดาวหางเวสต์และดาวหางอิเกะยะ-เซะกิ (Ikeya-Seki) ส่วนดาวหางบีลาเป็นตัวอย่างที่พิเศษ มันแตกออกเป็นสองส่วนระหว่างการเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดในปี ค.ศ. 1846 จากนั้นมีการสังเกตพบชิ้นส่วนทั้งสองแยกจากกันในปี ค.ศ. 1852 แล้วก็ไม่ได้พบกับมันอีกเลย แต่กลับพบฝนดาวตกที่งดงามน่าดูในปี ค.ศ. 1872 และ 1885 ซึ่งเป็นปีที่ดาวหางควรจะกลับมาปรากฏอีกครั้ง นอกจากนี้ยังมีฝนดาวตกขนาดเล็กในกลุ่มดาวแอนดรอเมดาเกิดขึ้นในเดือนพฤศจิกายนเป็นประจำทุกปี ซึ่งเป็นจังหวะที่โลกเคลื่อนที่ตัดผ่านวงโคจรของดาวหางบีลาพอดี
การสูญสลายของดาวหางที่น่าจดจำอีกเหตุการณ์หนึ่งคือดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 9 ซึ่งค้นพบในปี พ.ศ. 2536 ในตอนที่ค้นพบนั้นดาวหางกำลังอยู่ในวงโคจรแถวดาวพฤหัสบดี แล้วถูกแรงดึงดูดของดาวเคราะห์จับตัวไว้เมื่อมันเคลื่อนเข้าใกล้ในปี พ.ศ. 2535 การประจันหน้ากันครั้งนั้นทำให้ดาวหางแตกออกเป็นเสี่ยงๆ หลายร้อยชิ้น และใช้เวลาหกวันในเดือนกรกฎาคม 2537 ที่ชิ้นส่วนทั้งหมดพุ่งเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดี นับเป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์สังเกตเห็นการรวมตัวกันของวัตถุอวกาศสองชนิดในระบบสุริยะ นอกจากนี้ ยังมีข้อสันนิษฐานว่าวัตถุที่ทำให้เกิดเหตุระเบิดที่ทังกัสกาในปี ค.ศ. 1908 น่าจะเป็นชิ้นส่วนหนึ่งของดาวหางเองเคอ
การค้นพบดาวหางดวงใหม่อาจเกิดได้จากการเฝ้าดูผ่านกล้องโทรทรรศน์หรือกล้องสองตา แต่กระนั้นนักดาราศาสตร์สมัครเล่นที่ไม่มีเครื่องมือตรวจดูท้องฟ้าก็ยังสามารถค้นพบดาวหางเฉียดดวงอาทิตย์ (Sungrazing comet) ได้แบบออนไลน์ โดยการดาวน์โหลดภาพถ่ายจากดาวเทียมสังเกตการณ์ของสถานีวิจัยต่าง ๆ เช่น ยานโซโฮ เป็นต้น
การพบดาวหางบนท้องฟ้าด้วยตาเปล่าอาจเป็นไปได้ยากและไม่บ่อยนัก แต่หากใช้กล้องโทรทรรศน์แบบมือสมัครเล่น (ขนาด 50 มม.-100 ซม.) ก็สามารถเห็นภาพท้องฟ้าได้กระจ่างพอที่จะพบดาวหางได้ปีละหลายดวง บางครั้งอาจพบดาวหางมากกว่าหนึ่งดวงบนท้องฟ้าในเวลาเดียวกัน ซอฟต์แวร์ดาราศาสตร์โดยทั่วไปสามารถสร้างภาพเส้นทางโคจรของดาวหางที่รู้จักแล้วได้ ช่วยให้สามารถสังเกตดาวหางเปรียบเทียบกับวัตถุท้องฟ้าอื่น ๆ ได้ แต่การสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวหางผ่านช่องมองอาจเป็นไปได้ยาก ในแต่ละคืนดาวหางอาจเคลื่อนตำแหน่งไปจากเดิมได้หลายองศาทีเดียว ดังนั้นผู้เฝ้าดูดาวหางจึงควรมีแผนที่ดาวไว้ด้วยสำหรับใช้ประกอบการสังเกตการณ์
ภาพการปรากฏตัวของดาวหางขึ้นกับปัจจัยมากมาย เช่นองค์ประกอบของดาวหางและระยะห่างจากดวงอาทิตย์ บรรดาสสารบนดาวหางจะระเหิดน้อยลงเมื่อมันเคลื่อนห่างออกจากดวงอาทิตย์ การเฝ้าสังเกตจึงทำได้ยากขึ้น ไม่เพียงเพราะระยะทางที่ห่างไกลขึ้นเท่านั้น แต่ความสว่างของดาวหางก็ลดลง และการส่องแสงของหางก็จางลงด้วย ดาวหางจะปรากฏอย่างงดงามเมื่อนิวเคลียสของมันสว่างจ้าและทอดหางเป็นแนวยาว บางครั้งต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กที่มีขอบเขตภาพกว้างขึ้น เพื่อให้มองเห็นภาพครบถ้วนชัดเจนที่สุด ดังนั้นเครื่องมือขนาดใหญ่สำหรับนักดูดาวสมัครเล่น (ช่องรับแสงตั้งแต่ 25 ซม.ขึ้นไป) ที่สามารถจับภาพวัตถุที่มีความสว่างต่ำมาก ๆ ได้ ก็อาจไม่ได้เปรียบอะไรมากนักในการดูดาวหาง โดยทั่วไปมีโอกาสที่จะมองเห็นดาวหางสวยงามจากกล้องดูดาวสมัครเล่นขนาดเล็ก (8-15 ซม.) มากกว่าจำนวนดาวหางที่ได้รับความสนใจจากสื่อมวลชนเสียอีก