太阳系的边界到底在哪?太阳系到底有多大?

每日一点摄影

   9月5日,“旅行者1号”迎来了40岁生日。1977年在美国佛罗里达发射升空后,它对木星和土星展开了探测,而后向宇宙深处进发。

  地球与太阳相距1.5亿公里,天文学家将它称作1个天文单位。在40年的时间里,“旅行者1号”已经飞过约140个天文单位。该如何看待这个距离?有报道称,“旅行者1号”早已飞出太阳系。但意见并不统一。有人认为这个距离不到太阳系半径的1/400,飞出太阳系还需30000年。

  太阳系的边界到底在哪?太阳系到底有多大?

  以行星轨道为界,海王星运行在最边缘

  美国国家航空航天局(NASA)曾经表示,太阳系的边界有三种定义方式,其中之一是以行星轨道为界。按照这种定义,人类眼中的太阳系是逐渐增大的。

  十七世纪,哥白尼提出的日心说逐渐被观测所证实。人们开始意识到,太阳周围绕转着许多颗行星,地球不过是其中之一。在很长一段时间内,土星是人们能看到的最远行星,也代表着太阳系最远的疆域。

  1781年,热忱的天文观测者赫歇尔通过观测确认,天王星是太阳系的第七颗行星,虽然之前的观测者已经多次观测并记录过这个天体。这一发现,将太阳系的范围扩大了一倍。

  随后,海王星、冥王星被逐一发现,更新着人们对太阳系的认识。如果以行星轨道来界定太阳系边界,人类目前所知的太阳系最大不过如此。

  在冥王星被踢出行星大家族之后,海王星是目前已知距离太阳最远的行星,它运行在距离太阳30个天文单位的轨道上。早在1990年,“旅行者1号”便飞过这颗行星的轨道,并发回了地球照片。抵达这一距离的探测器也不仅仅是“旅行者1号”和 “旅行者2号”。比如“新视野”号早已探访过冥王星,目前正飞往柯伊伯带的小行星。

  但这种定义方法的缺点显而易见。“在海王星的轨道之外,还有很多天体,比如彗星、小行星。如果不是太阳系成员,它们又是什么?”南京大学天文与空间科学学院教授陈鹏飞说。

  而且,用这种方法来定义太阳系边界也有很大的不确定性。2006年,冥王星被降级为矮行星,太阳系的范围瞬间缩减。另外一方面,充满好奇心的科学家并不满足于太阳系只有八颗行星。他们寄望于长期的观测和先进的技术能发现太阳系第九大行星。一旦成功,太阳系的边界也将再次改变。

  以太阳风为界,日球层顶包裹着太阳系

  2013年秋季,世界各大媒体争相宣布一个消息:“旅行者1号”飞出了太阳系。这时人们眼中的太阳系是日球层顶以内的空间。人们以太阳风的范围为标准,定义太阳系边界。

  恒星之间的空间并非空无一物,而是充满了低温的星际介质粒子。太阳会不断向外吹出带电粒子,称为太阳风。所谓日球层,是太阳风发生作用的最大范围。当高速的太阳风粒子与星际介质粒子相遇时,会将其向外推开,自身也逐渐减速,直至无力与星际介质粒子抗衡。形象地说,日球层就好像太阳风向外吹出的一个气泡,日球层之内充满了太阳风粒子,在它之外则是由星际介质粒子主宰的星际空间。而日球层的最外层边界被称为日球层顶。

  “由于太阳以220公里/秒的速度在银河系中运动,日球层并非对称的球形,”陈鹏飞说,在太阳运动方向的日球层最薄,约为100天文单位,在太阳运动的反方向这一厚度能达到500天文单位以上。“‘旅行者1号’正是沿着太阳运动的方向飞行,穿越了日球层顶。”

  2012年8月和2013年4月,“旅行者1号”记录下2次太阳风粒子与星际介质粒子的剧烈相遇。科学家由此推测出太阳风粒子浓度相较于2004年已下降1000倍,星际介质粒子密度则上升了40多倍。在经过反复模型推演后,NASA于2013年9月12日宣布,“旅行者1号”已经穿越了日球层顶。

  虽然NASA很谨慎地指出,关于太阳系边界有多种定义方式,因此“旅行者1号”的行为可以严谨地描述为进入星际空间,而不是飞出太阳系。但对此,仍有不买账的科学家。他们时不时地发表论文表示异议。因为飞出太阳日球层、进入星际空间有三个条件:来自太阳的带电粒子数量急剧下降、星际介质粒子的数量急剧增多,以及磁场方向的偏转。很遗憾,“旅行者1号”始终没有探测到磁场方向的偏转。

  “没有探测到磁场方向的偏转并不能否定‘旅行者1号’飞出日球层。太阳相对星际介质的运动速度比预想的小,也许不足以在日球层顶产生激波。这导致磁场方向在日球层顶附近缓慢变化,而不是以前猜测的剧烈变化。”陈鹏飞说。因此,如果将日球层顶作为太阳系的边界,根据“旅行者1号”的测量,太阳系的边界在距离太阳100天文单位之遥。

  以引力范围为界,奥尔特云是最遥远的疆域

  更多的天文学家愿意根据太阳的万有引力来定义太阳系边界。也即如果一个天体主要受到太阳引力的作用,围绕太阳运动,那么它就是太阳系天体。按照这个标准,太阳系八大行星、日球层以及遥远的小行星与彗星都在太阳系范围内。

  但太阳引力发生作用的最后边界在哪里?“在太空中某一地方,太阳引力和临近恒星的引力会达到平衡,这里便是太阳系的边界。”南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇说。

  1950年,荷兰天文学家奥尔特提出,在太阳系遥远的疆域有一片冰冷的“云团”,孕育着1000亿颗长周期彗星。它被称作奥尔特云,一直延续到距离太阳50000—150000天文单位的区域。这里是太阳引力束缚天体作圆周运动的最后区域,也即太阳系边界。“旅行者1号”需要30000年飞出太阳系,正是基于“旅行者1号”每年约3.5天文单位的飞行速度以及奥尔特云延伸至100000天文单位的假设。

  奥尔特云过于遥远,没有探测器到过这里,更没有人见过它。但这并不意味着,它完全是想象。

  天文学家把从柯伊伯带向外到10000天文单位左右的空间称为内奥尔特云。“过去天文学家认为内奥尔特云是空的。但随着观测手段的提升,发现并非如此。”周礼勇说,2003年科学家发现小行星赛德娜,它与太阳最近的距离是76天文单位,但由于轨道很扁,远日点接近1000天文单位,位于内奥尔特云区域。“像这样的天体至少已经看到10多个,而实际上会更多。”

  如果将奥尔特云视作太阳系的边界,我们永远无法看到“旅行者1号”飞出太阳系的那一天。因为携带的同位素电池仅有40多年的寿命,“旅行者1号”将从2020年开始逐渐关闭所搭载的仪器。2025年,它将关闭所有的仪器,切断与地球的联系。

  但140个天文单位的飞行距离,已经让它跻身人类飞得最远的探测器。而“旅行者1号”携带的“地球之音”光盘刻有人类文明的种种信息,特殊处理让它足以抵御10亿年时光的侵蚀。


量子小飞猪

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火星一号

平时我们看到的太阳系图片,主要涉及的是太阳和八大行星,以离太阳最远的海王星来计算,大约距离太阳45亿千米,大约30个天文单位(太阳和地球之间的平均距离1.5亿千米称为1个天文单位)。如果延伸到海王星之外的矮行星冥王星,冥王星距离太阳大约为72亿千米,冥王星处在柯伊伯带。

那么,柯伊伯带是不是太阳系的边界呢?我们如何界定太阳系的边界呢?如果以太阳和比邻星之间的距离4.22光年计算,两者各占一半空间,那么太阳系的范围就是半径2.11光年。当然,实际恒星之间还存在一个过渡空间。如果我们以太阳风能够影响到的区域作为太阳系的范围,那么太阳系半径大约为90至100个天文单位,也就是135亿至150亿千米


地理沙龙

为什么我们存在在3维空间。我们再继续看,1维空间(线)的生物,看到的物体是点(0维)。2维空间(面)生物,看到的物体是线(1维),我们3维空间(体)生物,看到的应该是面!有些人可能要提出质疑,我明明看到的物体是立体的好不好!?试想一下,如果一个平面的圆形和一个球体,在光线均匀的情况下,你看到的是不是两个圆?一个正方体的角对着你的时候,你如何感知她是立体的,?因为你看到阴暗变化的3条边,若这3条边没有光线变化,那她就和3个不在同一平面的面融为一体,你看到的,必定也是平面,而感知不到她本来的立体面目。所以,某个纬度的生物,其认知是降维的,感知是同维的。由此推断,4维空间的生物,其认知是3维的,就是当她看着你时,你不用原地转动,她即可以看到你的上下前后左右,就好似在我们3维空间里把你的外表展开成一个平面看一样。爱因斯坦说任何直线都不可能是绝对直的,都会有轻微的弯曲,那假设这个距离足够远,那么这条直线迟早要闭合,形成一个圆,变成2维空间,就像我们在地球上,地球的弯曲幅度相对我们来讲太轻微,以致长期以来,人类一直以为世界是平的,但我们只要沿着一条经或纬线前进,必定回到起点。3维空间是2维空间的拉伸,同理,只要这个拉伸足够远,3维空间也必定要闭合,形成4维空间(试想一下,升高一纬度,空间肯定要增加巨大的数量级,我们存在的3维空间体积已经庞大得让我们无法想象,更高纬度的空间体积呢?)5维空间也就是4维空间延伸后的闭合,以此类推,因此,低维空间就是嵌套在高维空间内,不断闭合不断循环(也许人类的生命历程也是不断循环的!)。那我们为什么偏偏生活在3维空间呢?扁头苏觉得这是上帝对人类的眷顾,因为3维空间,是最恰到好处的空间。在0维空间里,物体无法动弹,但存在的物质、事件将绝对稳定,因为其无法移动,虽然稳定却毫无自由。1维空间里,物质终于可以动了,就像火车在铁轨上运动,而且还不受到上下左右力的影响,还是非常稳定,但只能前后动,自由还是相当受限。2维空间的物质运动,就像在大广场上开汽车,可以前后左右运动了,稳定性也相当好,有了相当的自由。3维空间的物质运动,就像天空飞翔的飞机,可以上下前后左右运动,自由度已相当高,而且稳定性也还不错。由此可推,越往高纬度,物质运动越自由,却越不稳定!所以,到了4维空间,物质的自由度已相当高,却极不稳定,也许原子会塌陷到原子核去,也许会脱离原子核,也许物质的所有组合形态都不复存在了!所以,人到了4维空间,不可能再存在。3维空间的物质、事件、包含人,也许都不可能存在在4维空间里,即使会存在,也随时有解体的危险。所以我们存在在3维空间,是必然!


扁头苏

太阳系到底有多大,我科普了一下,我就用形象的句子告诉大家吧,太阳系到底有多大?

我们开始从太阳表面出发,走,一个小时后我们就走到了地球。

那我们从地球出发,要用同样的速度走到太阳系的边缘,到底还要走多长时间呢?告诉你,我们还得走一年时间。

从太阳到地球的直线距离约1点5亿公里,我们用一个小时走完了1点5亿公里,算算看,一年是多少小时?


六味地黄丸子74327824

太阳系的边界在哪里,现在没有一个肯定的答案。但人们现在猜测太阳系外围存在一个叫“奥特尔”云的地方,包围着整个太阳系,但还没有确切观测证据。

奥特尔云距离太阳50000~100000个天文单位,约1光年的距离。


人择原理

既然叫太阳系,就表示势力范围,这种势力在天体就是引力,而不是影响力,太阳风叫影响力,就好比一个大国领袖的一个决策会影响全球,但他不是全球领袖!所以只要引力范围能捕捉到行星或者彗星,都属于太阳系


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