03.03 太阳系的边界,是如何定义的?

艾伯史密斯


人类认识太阳系的过程是随着历史的进程,伴随着科学技术的发展而不断变化的。几千年前人类就已经发现了行星运动的一些规律,这几颗行星就是水星,金星,火星,木星与土星,似乎是围绕着我们这个世界做着规律的运动,这就是最早的“地心说”。

当然,在地心说中,还没有太阳系的概念,因为太阳与月亮被认为也是绕着地球运动的天体,与那五颗行星加上恒星,把宇宙分成了九层天,这个也和我国古代对宇宙的认识差不多。托勒密的“地心说”在西方流行了1300多年,直到15世纪才被哥白尼的“日心说”所推翻。

“日心说”虽然也不完善,但这时已经出现了“太阳系”这个概念的雏形,指出了地球与其他五颗行星一样,是围绕着太阳运动的,月球是围绕地球的卫星,太阳才是宇宙的中心。而那时的“太阳系”的范围就等同于整个宇宙了,因为那时人类还无法测量出那些星星的距离。

随着欧洲文艺复兴的那场思想解放运动,出现了现代科学的萌芽,在伽利略与开普勒星星定律基础上,牛顿发展建立了经典力学理论,而在这个时期,望远镜的发明也为人类探索太阳系提供了有力的工具,在之后的200多年中,随着天王星,海王星的发现,太阳系的边界被一次次的扩大,直到1930年克莱德·汤博发现冥王星,并将其视为第九大行星。如果以行星轨道为太阳系边界的话,那么太阳系的边界已经被扩展到49个天文单位了。

但随着柯伊伯带的预言和发现,太阳系的边界被又一次扩大了,这个是在海王星轨道以外的太阳系边缘地带,距离太阳50—500天文单位的一个环带,这里充满了微小冰封的物体,它们是原始太阳星云的残留物,也是那些长周期彗星的来源地。

柯伊伯带在一段时间内被认为是太阳系的边界,但在1950年,荷兰天文学家奥尔特就提出,在太阳系更加遥远的疆域有一片冰冷的“云团”,孕育着多达1000亿颗长周期彗星。这就是奥尔特云(Oort Cloud),它的范围一直延续到距离太阳50000—150000天文单位的区域,也就是有一光年那么远,这里已经是太阳引力能够束缚天体作圆周运动的最远区域,我们现在把奥尔特云视为也太阳系的边界。按这个标准,人类目前飞的最快也是最远的“旅行者1号”则需要20000多年才是真正意义上的飞出太阳系。


清明的星空


在海王星外是否还有大行星存在?我们至今还没有发现。1930年,美国科学家克莱德·威廉·汤博发现了冥王星。这是一个太阳系外围的小天体,距离太阳约40倍日地距离,质量只有月球的1/6。在之后的70多年里,冥王星被定义为太阳的第九大行星。但人们从一开始就发现,冥王星和其他八大行星有很多不同,其他的八大行星轨道都非常接近圆,而冥王星的轨道椭率较大,甚至和海王星轨道交会。

有的时候,冥王星会运行到比海王星更靠近太阳的地方。更重要的是,冥王星的质量太低, 在自己的轨道上不占据主导地位。围绕冥王星地位的争论自发现之后一直不曾停止。从20世纪90年代起,天文学家开始不断地发现冥王星外的小天体。2005年,人们找到了比冥王星还要重的Eris(阅神星 )。这成了压倒冥王星地位的最后一根稻草。在2006年的天文学年会上,天文学家用投票的方式为行星颁布了新的定义,要求一个绕太阳运动的天体必须质量大得可以清除轨道上的其他天体才能被称作行星。而冥王星只比它的卫星稍大一点点,于是被剥离出了行星的队 伍。天文学家为冥王星、阅神星以及小行星带中最大的天体——谷神星这样的天体开辟了一个新的小众分类“矮行星”。这次投票在当时引起了公众的强烈反对,但随着时间的推演,人们慢慢接受了这个新的更加合理的分类方法。

冥王星和阅神星附近的轨道上还存在大量的小天体,这些天体合起来构成了一个圆盘状的区域,被称作“柯伊伯带”。虽然像冥王星和阅神星这样的天体主要是由岩石和金属构成,但柯伊伯带中的小天体大多是由冻结的水、氨和甲烷构成,和星的构成成分类似。这些小天体大多在柯伊伯带中年复一年地围绕太阳转动,但也会有很少的小天体偶然地游荡到太阳系中心区域,当这 些小天体靠近太阳时,太阳的光热会使得冰升华,在小天体背后形成长长的尾巴。这时,小天体就变成了一颗彗星。 从彗星主体上解离下来的醉片却是地球上美丽流星雨的来源,当地球运行过彗星轨迹时,这些碎片落入地球,在和大气层摩擦的过程中形成了流星雨。

柯伊怕带的位置距离太阳中心40-50个日地距离,但这里还不是太阳系的边界。整个太阳系其实被包裹在一个被称作“奥尔特云”的结构中。奥尔特云由大量的微小天体构成,成分主要为水冰 、甲烷等物质。奥尔特云的外边界大约在10万倍日地距离处,这也是太阳引力影响范围的边缘。距离太阳最近的恒星——比邻星到太阳的距离是奥尔特云外缘的两倍。


天马行文


巨大的氢气墙可以标志着我们太阳系的极限,对新视野探测器数据的新分析有助于解释我们在银河系中的位置。作为美国宇航局新边疆计划的一部分,这枚探测器于2006年发射,于2015年到达冥王星,然后进一步驶入柯伊伯带,最终从人类从未涉及的方位发出前所未有的视角。

虽然预计直到2019年初才能到达柯伊伯带,但新视野的数据已经揭示了有关太阳系的大量新知识。科学家希望通过新信息扩展的一个特别理论是预测存在一层发光的氢气,像泡沫一样缠绕在太阳系的边缘。

这个“泡沫”标志着我们自己的太阳系的“势力范围”,以及我们所属的更广泛的星系之间的交叉点。这层氢气墙是由太阳创造的,更具体地说是当恒星穿过星系时形成的太阳风。这些带电粒子最终与星际空间中不带电的氢原子碰撞,在此过程中散射紫外光。

“我们正在看到太阳系社区和银河系之间的门槛,”负责新发表的关于氢壁的论文的团队成员之一,西南研究所的Leslie Young这样表示。

当然,这并不是一个新理论,两个旅行者号探测器观测到的光散射的第一个证据可以追溯到三十年前。

2007年至2017年期间,新视野号在十年间共录制了7次紫外线照射。New Horizons将每年进行两次紫外线测量,直到在未来10到15年内能源耗尽。如果光线开始变暗,那可能是氢壁已经过去的迹象。


cnBeta


美国的旅行者一号探测器,于1977年9月5日发射,飞了四十年,目前迹象表明已经飞到了太阳系的边缘。

还没出太阳系哦。

界定太阳系范围的定义有很多,全世界科学家都有各自的看法,一种是太阳风范围判定,也就是太阳对外抛射粒子的一个范围,叫做日球层。旅行者一号目前刚刚飞出日球层,但是,除了太阳风范围,还有一个就是太阳的引力范围。太阳引力具体达到多远,科学家们其实也都是假设与推断。

SQ372彗星环绕太阳旋转的轨迹为2500个天文单位左右,一个天文单位大约是1.5亿公里。科学家们认为它来自奥尔特星云,奥尔特星云离太阳多远呢?大概在五万到十五万个天文单位之间,这是目前科学界推断出来的真实边界。

旅行者一号因为同位素电池能源消耗殆尽,计划2025年切断与地球的联系,如果它能飞出太阳系,还需要个几万年吧


分享到:


相關文章: