การสังเกตการณ์ดาวหางในยุคแรก
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[31] ตรงกันข้าม อริสโตเติลอธิบายว่า ดาวหางเป็นปรากฏการณ์ในบรรยากาศชั้นบน อันเป็นที่ซึ่งไออากาศร้อนและเย็นไปรวมตัวกันอยู่ และทำให้เกิดการลุกไหม้เป็นเปลวเพลิง เขาใช้แนวคิดนี้อธิบายสิ่งอื่นนอกจากดาวหาง เช่น ดาวตก แสงออโรรา หรือแม้แต่ทางช้างเผือกด้วย[31]
นักปรัชญายุคคลาสสิกบางคนไม่เห็นด้วยกับแนวคิดเช่นนี้ ซีนีกา นักปรัชญาชาวโรมัน ได้เฝ้าสังเกตการณ์ดาวหางและพบว่ามันเคลื่อนที่ไปบนท้องฟ้าอย่างสม่ำเสมอโดยไม่ถูกรบกวนจากกระแสลม มีลักษณะเหมือนวัตถุท้องฟ้ามากกว่าปรากฏการณ์ด้านดินฟ้าอากาศ ในขณะที่เขายอมรับว่าดาวเคราะห์เคลื่อนที่อยู่ภายในกลุ่มดาวจักรราศีเท่านั้น แต่เขาไม่เห็นเหตุผลที่วัตถุคล้ายดาวเคราะห์อื่น ๆ จะเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งอื่นๆ บนท้องฟ้าไม่ได้ เพราะความรู้ของมนุษยชาติเกี่ยวกับวัตถุท้องฟ้าในยุคนั้นยังน้อยอยู่มาก[32] 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[34]
การศึกษาวงโคจร
วงโคจรของดาวหางแห่งปี 1680 เข้ากันกับกราฟแบบพาราโบลา แสดงในหนังสือ Principia ของไอแซก นิวตัน
แม้ดาวหางจะได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวัตถุท้องฟ้า แต่การเคลื่อนที่ของมันบนท้องฟ้ายังเป็นหัวข้อถกเถียงกันต่อมาอีกนับศตวรรษ แม้เมื่อโยฮันเนส เคปเลอร์ ได้พิสูจน์ในปี ค.ศ. 1609 แล้วว่าดาวเคราะห์ทั้งหลายต่างเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ในวงโคจรรูปวงรี แต่เขาก็ยังไม่แน่ใจว่ากฎเกณฑ์นี้จะใช้กับการเคลื่อนที่ของวัตถุอื่น ๆ ได้หรือไม่ เขาเชื่อว่าดาวหางเดินทางเป็นเส้นตรงไปท่ามกลางหมู่ดาวเคราะห์ กาลิเลโอ กาลิเลอี ผู้เชื่อมั่นในทฤษฎีของโคเปอร์นิคัสอย่างแข็งขัน ก็ไม่เห็นด้วยกับแนวคิดของไทโค และกลับเชื่อถือแนวคิดของอริสโตเติลมากกว่า ว่าดาวหางเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงผ่านไปในบรรยากาศชั้นบน[35]
บุคคลแรกที่เสนอแนวคิดว่ากฎของเคปเลอร์สามารถใช้ได้กับการเคลื่อนที่ของดาวหาง ได้แก่ วิลเลียม โลเวอร์ ในปี ค.ศ. 1610[33] 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[35]
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[36]
