ดาวหาง
ประวัติการศึกษาดาวหาง > การศึกษาลักษณะทางกายภาพ

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