ลักษณะของวงโคจร
ดาวหางส่วนใหญ่มีวงโคจรเป็นวงรีที่เรียวมาก ๆ โดยมีปลายข้างหนึ่งของวงรีเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ ส่วนปลายอีกข้างหนึ่งทอดไกลออกไปยังด้านนอกของระบบสุริยะ สามารถแบ่งประเภทของดาวหางได้เป็นกลุ่มตามคาบการโคจร ยิ่งดาวหางมีคาบการโคจรยาวเท่าใด รูปวงรีก็จะยิ่งเรียวมากขึ้น
ดาวหางคาบสั้น (อังกฤษ: Short-period comets) เป็นดาวหางที่มีคาบการโคจรรอบดวงอาทิตย์น้อยกว่า 200 ปี โดยทั่วไปมักมีระนาบวงโคจรใกล้เคียงกับระนาบสุริยวิถี และเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกับดาวเคราะห์ จุดปลายของวงรีอีกด้านที่ไกลจากดวงอาทิตย์ที่สุดมักอยู่ในแถบของดาวเคราะห์รอบนอกของระบบสุริยะ (ตั้งแต่ดาวพฤหัสบดีออกไป) ตัวอย่างเช่น ดาวหางฮัลเลย์มีจุดไกลที่สุดจากดวงอาทิตย์อยู่ในบริเวณวงโคจรของดาวเนปจูน ส่วนดาวหางที่มีคาบโคจรสั้นกว่านั้นเช่นดาวหางเองเคอ (อังกฤษ: Comet Encke) มีจุดไกลที่สุดเพียงไม่เกินวงโคจรของดาวพฤหัสบดี ดาวหางคาบสั้น สามารถแบ่งได้เป็น 2 กลุ่มคือ กลุ่มดาวพฤหัสบดี (คาบโคจรไม่เกิน 20 ปี) และกลุ่มดาวหางฮัลเลย์ (คาบโคจรระหว่าง 20 ถึง 200 ปี)
ดาวหางคาบยาว (อังกฤษ: Long-period comets) มีความรีของวงโคจรมากกว่า และมีคาบโคจรตั้งแต่ 200 ปีขึ้นไปจนถึงหลายพันหรือหลายล้านปี (ตามนิยามแล้ว ดาวหางเหล่านี้จะต้องยังคงอยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ ดาวหางที่ถูกดีดออกจากระบบสุริยะหลังจากเคลื่อนผ่านดาวเคราะห์ขนาดใหญ่จะไม่นับว่าเป็นดาวหางที่มี “คาบโคจร” อีกต่อไป) จุดปลายของวงรีด้านที่ไกลจากดวงอาทิตย์จะอยู่นอกเขตแดนดาวเคราะห์รอบนอกออกไปอีก และระนาบโคจรของดาวหางกลุ่มนี้อาจไม่อยู่ในระนาบเดียวกับสุริยวิถีก็ได้
ดาวหางแบบปรากฏครั้งเดียว (อังกฤษ: Single-apparition comets) มีลักษณะคล้ายคลึงกับดาวหางคาบยาว แต่มักมีเส้นทางแบบพาราโบลาหรือไฮเพอร์โบลา ทำให้มันผ่านเข้ามาในระบบสุริยะเพียงครั้งเดียว
นักวิชาการบางคนใช้คำว่า “ดาวหางรายคาบ” (อังกฤษ: Periodic comet) สำหรับดาวหางใด ๆ ที่มีวงโคจรเป็นวงรี (ได้แก่ทั้งดาวหางคาบสั้นและดาวหางคาบยาว) [18] แต่บางคนก็นับแต่เพียงดาวหางคาบสั้นเท่านั้น[19] ในทำนองเดียวกัน แม้คำว่า “ดาวหางแบบไม่มีคาบ” (non-periodic comet) จะมีความหมายเดียวกับดาวหางแบบปรากฏครั้งเดียว แต่นักวิชาการบางคนก็ใช้ในความหมายรวมถึงดาวหางคาบยาว หรือคาบยาวนานกว่า 200 ปีด้วย ในระยะหลังมีการค้นพบแถบดาวหางหลัก (อังกฤษ: Main-belt comets) ซึ่งทำให้เกิดการแบ่งประเภทเพิ่มขึ้นอีกหนึ่งชนิด ดาวหางในกลุ่มนี้มีวงโคจรค่อนข้างกลมมากกว่ากลุ่มอื่น ๆ ในระยะเดียวกันกับแถบดาวเคราะห์น้อย[20][21]
เมื่อดูจากลักษณะของวงโคจร เชื่อกันว่าดาวหางคาบสั้นน่าจะมีต้นกำเนิดมาจากแถบไคเปอร์ซึ่งอยู่ในห้วงอวกาศแถบวงโคจรของดาวเนปจูน ส่วนดาวหางคาบยาวน่าจะมาจากแหล่งที่ไกลกว่านั้น เช่นในกลุ่มเมฆออร์ต (ตั้งชื่อตามนักดาราศาสตร์ชาวเนเธอร์แลนด์ เจน เฮนดริก ออร์ต ผู้ค้นพบ) [22] 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 (อังกฤษ: LINEAR; Lincoln Laboratory Near-Earth Asteroid Research project : โครงการความร่วมมือระหว่างกองทัพอากาศสหรัฐฯ, นาซา และเอ็มไอที) ในปี พ.ศ. 2544
