彗星の始まりは、意外なほど小さな天体です。氷や塵、岩石、凍ったガスからなる暗くいびつな核で、ものによっては直径が数百メートルしかありません。大きいものでもせいぜい数十キロメートルほどです。ところが、こうした小さな天体が太陽に近づくと、太陽系でも屈指の壮大な姿へと変貌します。
この劇的な変化こそ、彗星が多くの人を惹きつける理由です。ごくコンパクトな核から、コマと呼ばれる広大で淡い大気が生まれ、そのコマからは想像を超える長さの尾が伸びていきます。条件がそろえば、地球から見た彗星は空の大きな範囲に広がり、望遠鏡なしでも見えるほどになります。
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この壮観を生み出す小さな核
核は彗星の「固い心臓部」です。なめらかな雪玉のようなものではなく、水の氷、塵、岩石、そして二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、アンモニアといった凍った化合物がゆるく混ざり合った塊です。この性質から、彗星の核は「汚れた雪玉（dirty snowball）」と形容されてきましたが、観測結果によっては「氷混じりの土塊（icy dirtball）」という表現も生まれました。
これらの核は、太陽系の中でも最も暗い天体のひとつです。表面は太陽光をほとんど反射しません。ハレー彗星が反射する光は、当たった光の約4％にすぎず、ボレリー彗星にいたっては3％未満です。比較として言えば、アスファルトの方がよく光を反射します。この「暗さ」は重要です。反射率が低いほど効率よく熱を吸収し、その太陽熱こそがコマや尾を生み出す活動を駆動しているからです。
彗星の核の半径は最大で約30キロメートル程度ですが、多くはそれよりずっと小さく、重力も弱いため、自らをきれいな球形にまとめることができません。そのため核の形は不規則になりがちです。表面は乾いた塵や岩に覆われたように見えることが多く、多くの氷は数メートルほどの厚さをもつ地殻の下に隠れていると考えられています。
「アウトガス」とは何か
彗星の見事なショーは、アウトガス（脱ガス）と呼ばれる現象から始まります。彗星が太陽に近づくと、太陽光による加熱で、蒸発しやすい物質（揮発性物質）が気体となって核から放出されます。
放出されたガスが外向きに流れ出るとき、塵も一緒に引きずり出されます。こうして逃げ出したガスと塵が、核の周囲に巨大で非常に薄い大気——コマ——をつくり上げます。核そのものは直径60キロメートルにも満たないことが多いのに、コマはそこから何千キロ、さらには何百万キロメートルもの大きさにまで広がることがあります。
彗星が太陽から約3〜4天文単位以内に入ると、コマの主な揮発性物質は水になります。天文単位（AU）は地球と太陽の平均距離で、およそ1億5000万キロメートルです。塵もコマを構成する主要な要素です。太陽光や太陽風がこのガスと塵に働きかけることで、私たちにおなじみの長く伸びる彗星の尾が形づくられます。
惑星をはるかにしのぐコマ
コマのスケールは、彗星にまつわる事実の中でもとりわけ驚くべきものです。コマは地球の直径の最大15倍にも達することがあります。つまり、かなり小さな核をもつ彗星であっても、地球型惑星のどれよりもずっと大きな「大気」に自らを包ませることができるのです。
もっとも、この巨大な包み込みは、惑星の厚い大気のようなものではありません。極端に薄く、濃い空気の毛布というよりは、ガスと塵が広く広がった巨大な雲に近い状態です。それでも、塵が太陽光を反射し、ガスが電離（原子や分子が電子を失ったり得たりすること）によって輝くため、薄いながらも目に見える姿となります。
彗星が太陽系の内側を移動するにつれて、コマは劇的に明るさを増すことがあります。ときにはアウトバースト（爆発的増光）を起こし、突然大量のガスと塵を放出して、コマが急速に膨張し、彗星の明るさが一気に増すこともあります。
太陽より大きくなることも？
とりわけ劇的なケースでは、彗星の塵の大気が太陽より大きくなることさえあります。
2007年には、17P/ホルムズ彗星がアウトバーストを起こしました。このとき彗星は、ごく短い間ではありますが、太陽よりも大きな規模の希薄な塵の大気をまといました。もうひとつの有名な例が1811年の大彗星で、そのコマの直径は太陽とほぼ同じほどだったとされています。
小さな核をもつ天体が、どうして恒星より大きなものを生み出せるのか——最初はほとんど信じがたい話に聞こえます。そのカギは、コマが非常に希薄だという点にあります。コマは固体でもなければ、質量が太陽に匹敵するわけでもありません。広大な体積に薄く広がった巨大な雲にすぎないのです。
それでも、その見かけとスケールは圧倒的です。小さな始まりがいかにして巨大な結果を生み出すのか。この対比を、彗星ほど雄弁に示してくれる天体はほとんどありません。
1天文単位を超えて伸びる尾
彗星には1本ではなく、性質の異なる尾がはっきり分かれて現れることがよくあります。
塵の尾は、核から運び去られた微小な固体粒子でできています。これらの粒子は太陽光の放射圧の影響を受け、彗星の公転軌道に沿って湾曲した形の尾をつくることが多いです。
一方、イオンの尾（第I種の尾とも呼ばれます）は、太陽からの紫外線で電離したガスから成り立っています。このガスは太陽風や太陽の磁力線の強い影響を受けるため、イオンの尾はほぼ必ず太陽と反対の方向、つまり太陽から真っすぐ外側へ向かって伸びます。
こうした尾の長さは驚異的です。イオンの尾が1天文単位、あるいはそれ以上の長さに達した例も観測されています。言い換えれば、彗星の尾が地球と太陽の平均距離に匹敵する長さに伸びることがあるのです。
これこそが、核そのものは小さいにもかかわらず、彗星が空全体を支配するような存在感を放てる理由です。目に見えているのは核そのものではなく、太陽光による加熱と太陽風との相互作用が生み出した、巨大な雲と尾なのです。
なぜ尾は常に太陽と反対側を向くのか
多くの人が直感的に思い浮かべるのは、「尾は走る車の後ろにたなびく煙のように、彗星の進行方向の後ろへ伸びるのだろう」というイメージでしょう。ところが、彗星の尾の形を決めるのは、彗星の進む向きよりもむしろ太陽です。
太陽風とは、太陽から外側へ絶え間なく吹き出す粒子の流れです。さらに太陽光の放射圧も塵を押し流します。これらの作用が合わさることで、尾は彗星の軌道方向ではなく、太陽から離れる向きへ押しやられます。
そのため、イオンの尾は常に太陽と反対方向を向きます。塵の尾は、塵粒子が彗星自身の公転運動の影響も受けるため、より大きく湾曲することがあります。ごくまれに、アンチテイル（逆尾）と呼ばれる現象が観測されることもあります。これは本当に尾が逆向きに伸びているわけではなく、地球が彗星の軌道面を通過するときの見かけの幾何学的効果によって、そう見えるものです。
空に30度もの弧を描く彗星
地球から見える明るい彗星の中には、空に最大30度もの弧を描くことがあります。これは満月を横一列に約60個並べた幅に相当します。
だからといって、彗星の核そのものが巨大に見えるわけではありません。空に大きく広がって見えるのは、コマと尾が広い範囲に伸びているからです。十分に明るく、位置条件もよければ、彗星のスケールは肉眼だけでも十分に堪能できます。
実際、おおよそ1年に1個のペースで、肉眼で見える明るさの彗星が現れています。ただし、多くは淡く、それほど華やかな光景を見せるわけではありません。特に明るく印象的なものは「大彗星」と呼ばれますが、どの彗星が大彗星になるかを事前に予測するのは非常に難しいとされています。明るさは、彗星の活動度、太陽への接近の仕方、地球から見た角度など、複数の要因に左右されるからです。
急なアウトバーストと爆発的な変化
彗星の成長がいつもなだらかとは限りません。中にはアウトバーストを起こし、ガスと塵の放出量が突発的に増加してコマが急激に拡大するものもあります。2007年のホルムズ彗星は、その代表的な例です。
また、彗星の核には「ジェット」と呼ばれる、局所的なガスと塵の噴き出しが観測されることがあります。これは核の弱い部分から噴き出すもので、不均一な加熱が引き金になると考えられています。赤外線観測で調べられたハートレイ2彗星では、ドライアイス（二酸化炭素の固体）の昇華がジェットを駆動している様子が捉えられました。昇華とは、物質が固体から液体を経ずに直接気体へ変わる現象です。
こうしたジェットは、単に美しい構造を生み出すだけではありません。彗星自身の自転状態を変えてしまうこともあり、場合によっては核が分裂する一因になると考えられています。
暗く小さな世界から生まれる巨大な雲
彗星でとりわけ不思議なのは、核の見た目と、コマの壮大さとのギャップです。核は暗く乾いて見え、ときに厚い地殻に覆われたような印象を与えます。一方、コマは明るく広がり、ときには太陽より大きなスケールにまで成長します。核は天体としてはごく小さな存在であるにもかかわらず、目に見える彗星全体は、空を埋め尽くすようなイベントになりうるのです。
この変身を支えているのは、じつにシンプルな宇宙の仕組みです。太陽光、揮発性の氷、そして太陽系外縁でほとんど凍りついたまま長い時間を過ごし、その後内側へと劇的な「再登場」を果たす小天体。この3つの組み合わせが、あの姿を生み出しています。
彗星の多くは細長く伸びた楕円軌道を描きます。公転周期が短い「短周期彗星」は、海王星の外側に広がるカイパーベルトや散乱円盤から来たと考えられ、何万年、何百万年という長い周期をもつ「長周期彗星」は、はるか彼方のオールトの雲を起源にもつとされています。こうした天体が何かのきっかけで内側へ引き寄せられ、温まり始めると、それまで目立たなかった小さな天体が、太陽系のどの小天体にも匹敵するほど巨大な構造をまとって、突如として姿を現すのです。
なぜ人類は何千年も彗星に魅せられてきたのか
彗星は古代から、さまざまな文化や宗教によって観測され、記録されてきました。それもそのはずです。ぼんやりと光る塊から、空の彼方へ伸びる長い尾——これほど劇的な天体ショーはそう多くありません。
現代においても、彗星は天文学者たちを驚かせ続けています。太陽風との相互作用でX線を放ったり、電離したコマと太陽風との境界に弓状の衝撃波（ボウショック）をつくったりすることが知られています。核が分裂したり、突然明るくなったかと思えば、その後の太陽接近を繰り返すうちに、暗く活動の乏しい残骸へと姿を変えてしまうこともあります。
しかし、多くの観測者にとって忘れがたいのは、やはりこの事実でしょう。惑星規模で見れば核はごく小さい存在でありながら、その活動が生み出す構造は、惑星をはるかにしのぎ、太陽サイズに達し、ときには地球の空の大部分を覆うほど巨大になりうるということです。