十萬個爲什麼:太陽系的邊界在哪裡?

1994年7月7日,天文學家新發現太陽系外有行星。說到太陽系,我們今天就來談談太陽系的邊界究竟在哪裡?

十萬個為什麼:太陽系的邊界在哪裡?

太陽系的邊界是一個既值得探索、又值得回味的問題。它之所以成為問題,本身就是天文學上一次重大觀念變革--日心說取代地心說--的結果。因為只有確立了日心說,才有太陽系這一稱謂,也才談得上“太陽系的邊界”這一問題。

如果以1543年哥白尼出版《天體運行論》作為日心說確立的年份,那麼有關太陽系的邊界這一問題,最初238年的答案,是在距太陽約9.6天文單位(約14億千米)的土星。這一答案在1781年被英國天文學家威廉·赫歇爾發現的太陽系第七顆行星--天王星--所改變。這項發現將太陽系的邊界擴展到了距太陽約19天文單位(約29億千米)處。

天王星被發現後,天文學家對它的軌道進行了計算。出乎意料的是,計算結果與觀測並不吻合。天文學家將這一現象歸結為一顆未知行星對天王星的引力干擾。英國天文學家亞當斯和法國天文學家勒威耶先後推算出了新行星的位置和軌道。1846年,柏林天文臺的加勒和達雷斯特依據勒威耶的推算結果,成功地找到了太陽系的第八顆行星--海王星,太陽系的邊界由此擴展到了距太陽約30天文單位(約45億千米)處。

在那之後又隔了大半個世紀,1930年,美國洛厄爾天文臺的天文學家湯博發現了比海王星更遙遠的太陽系天體--冥王星。這顆一度被視為太陽系第九大行星,直到2006年才被“降級”為矮行星的天體,將太陽系的邊界擴展到了距太陽約39天文單位(約59億千米)處。

但冥王星的發現並未終結探索太陽系邊界的努力。20世紀40年代之後,幾位天文學家先後提出了一個想法,那就是在像冥王星那樣遠離太陽的地方,行星的形成過程會因物質分佈過於稀疏而無法進行到底,其結果是在距太陽30~55天文單位(約45億~83億千米)處形成一個由“半成品”組成的小天體帶。這個小天體帶被稱為柯伊伯帶。自1992年起,柯伊伯帶中的天體被陸續發現,它們的分佈範圍比原先估計的更廣。柯伊伯帶的發現使太陽系的邊界又向外擴展了好幾倍。

但這仍然不是太陽系的邊界。因為天文學家普遍猜測,距太陽更遙遠的地方有可能存在一個長週期彗星的“大倉庫”--奧爾特雲,它的範圍有可能延伸到距太陽50 000~150 000天文單位(75 000億~225 000億千米)處。這幾乎已經到了太陽引力控制範圍的最邊緣,在那之外即便還有天體,也不會像普通太陽系天體那樣圍繞太陽運動,從而不能再被視為太陽系的一部分了。因此,奧爾特雲如果存在,並具有猜測中的範圍的話,它的外邊緣無疑就是太陽系的邊界了。那個邊界離太陽是如此遙遠,哪怕一縷陽光從太陽射到那裡,也得走上兩年左右的時間。如果乘坐時速350千米的高速火車去那裡的話,則要花費約700萬年的漫長時間!


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