太陽系的邊界,是如何定義的?

艾伯史密斯


在海王星外是否還有大行星存在?我們至今還沒有發現。1930年,美國科學家克萊德·威廉·湯博發現了冥王星。這是一個太陽系外圍的小天體,距離太陽約40倍日地距離,質量只有月球的1/6。在之後的70多年裡,冥王星被定義為太陽的第九大行星。但人們從一開始就發現,冥王星和其他八大行星有很多不同,其他的八大行星軌道都非常接近圓,而冥王星的軌道橢率較大,甚至和海王星軌道交會。

有的時候,冥王星會運行到比海王星更靠近太陽的地方。更重要的是,冥王星的質量太低, 在自己的軌道上不佔據主導地位。圍繞冥王星地位的爭論自發現之後一直不曾停止。從20世紀90年代起,天文學家開始不斷地發現冥王星外的小天體。2005年,人們找到了比冥王星還要重的Eris(閱神星 )。這成了壓倒冥王星地位的最後一根稻草。在2006年的天文學年會上,天文學家用投票的方式為行星頒佈了新的定義,要求一個繞太陽運動的天體必須質量大得可以清除軌道上的其他天體才能被稱作行星。而冥王星只比它的衛星稍大一點點,於是被剝離出了行星的隊 伍。天文學家為冥王星、閱神星以及小行星帶中最大的天體——穀神星這樣的天體開闢了一個新的小眾分類“矮行星”。這次投票在當時引起了公眾的強烈反對,但隨著時間的推演,人們慢慢接受了這個新的更加合理的分類方法。

冥王星和閱神星附近的軌道上還存在大量的小天體,這些天體合起來構成了一個圓盤狀的區域,被稱作“柯伊伯帶”。雖然像冥王星和閱神星這樣的天體主要是由岩石和金屬構成,但柯伊伯帶中的小天體大多是由凍結的水、氨和甲烷構成,和星的構成成分類似。這些小天體大多在柯伊伯帶中年復一年地圍繞太陽轉動,但也會有很少的小天體偶然地遊蕩到太陽系中心區域,當這 些小天體靠近太陽時,太陽的光熱會使得冰昇華,在小天體背後形成長長的尾巴。這時,小天體就變成了一顆彗星。 從彗星主體上解離下來的醉片卻是地球上美麗流星雨的來源,當地球運行過彗星軌跡時,這些碎片落入地球,在和大氣層摩擦的過程中形成了流星雨。

柯伊怕帶的位置距離太陽中心40-50個日地距離,但這裡還不是太陽系的邊界。整個太陽系其實被包裹在一個被稱作“奧爾特雲”的結構中。奧爾特雲由大量的微小天體構成,成分主要為水冰 、甲烷等物質。奧爾特雲的外邊界大約在10萬倍日地距離處,這也是太陽引力影響範圍的邊緣。距離太陽最近的恆星——比鄰星到太陽的距離是奧爾特雲外緣的兩倍。


天馬行文


巨大的氫氣牆可以標誌著我們太陽系的極限,對新視野探測器數據的新分析有助於解釋我們在銀河系中的位置。作為美國宇航局新邊疆計劃的一部分,這枚探測器於2006年發射,於2015年到達冥王星,然後進一步駛入柯伊伯帶,最終從人類從未涉及的方位發出前所未有的視角。

雖然預計直到2019年初才能到達柯伊伯帶,但新視野的數據已經揭示了有關太陽系的大量新知識。科學家希望通過新信息擴展的一個特別理論是預測存在一層發光的氫氣,像泡沫一樣纏繞在太陽系的邊緣。

這個“泡沫”標誌著我們自己的太陽系的“勢力範圍”,以及我們所屬的更廣泛的星系之間的交叉點。這層氫氣牆是由太陽創造的,更具體地說是當恆星穿過星系時形成的太陽風。這些帶電粒子最終與星際空間中不帶電的氫原子碰撞,在此過程中散射紫外光。

“我們正在看到太陽系社區和銀河系之間的門檻,”負責新發表的關於氫壁的論文的團隊成員之一,西南研究所的Leslie Young這樣表示。

當然,這並不是一個新理論,兩個旅行者號探測器觀測到的光散射的第一個證據可以追溯到三十年前。

2007年至2017年期間,新視野號在十年間共錄製了7次紫外線照射。New Horizons將每年進行兩次紫外線測量,直到在未來10到15年內能源耗盡。如果光線開始變暗,那可能是氫壁已經過去的跡象。


cnBeta


人類認識太陽系的過程是隨著歷史的進程,伴隨著科學技術的發展而不斷變化的。幾千年前人類就已經發現了行星運動的一些規律,這幾顆行星就是水星,金星,火星,木星與土星,似乎是圍繞著我們這個世界做著規律的運動,這就是最早的“地心說”。

當然,在地心說中,還沒有太陽系的概念,因為太陽與月亮被認為也是繞著地球運動的天體,與那五顆行星加上恆星,把宇宙分成了九層天,這個也和我國古代對宇宙的認識差不多。托勒密的“地心說”在西方流行了1300多年,直到15世紀才被哥白尼的“日心說”所推翻。

“日心說”雖然也不完善,但這時已經出現了“太陽系”這個概念的雛形,指出了地球與其他五顆行星一樣,是圍繞著太陽運動的,月球是圍繞地球的衛星,太陽才是宇宙的中心。而那時的“太陽系”的範圍就等同於整個宇宙了,因為那時人類還無法測量出那些星星的距離。

隨著歐洲文藝復興的那場思想解放運動,出現了現代科學的萌芽,在伽利略與開普勒星星定律基礎上,牛頓發展建立了經典力學理論,而在這個時期,望遠鏡的發明也為人類探索太陽系提供了有力的工具,在之後的200多年中,隨著天王星,海王星的發現,太陽系的邊界被一次次的擴大,直到1930年克萊德·湯博發現冥王星,並將其視為第九大行星。如果以行星軌道為太陽系邊界的話,那麼太陽系的邊界已經被擴展到49個天文單位了。

但隨著柯伊伯帶

的預言和發現,太陽系的邊界被又一次擴大了,這個是在海王星軌道以外的太陽系邊緣地帶,距離太陽50—500天文單位的一個環帶,這裡充滿了微小冰封的物體,它們是原始太陽星雲的殘留物,也是那些長週期彗星的來源地。

柯伊伯帶在一段時間內被認為是太陽系的邊界,但在1950年,荷蘭天文學家奧爾特就提出,在太陽系更加遙遠的疆域有一片冰冷的“雲團”,孕育著多達1000億顆長週期彗星。這就是奧爾特雲(Oort Cloud),它的範圍一直延續到距離太陽50000—150000天文單位的區域,也就是有一光年那麼遠,這裡已經是太陽引力能夠束縛天體作圓周運動的最遠區域,

我們現在把奧爾特雲視為也太陽系的邊界。按這個標準,人類目前飛的最快也是最遠的“旅行者1號”則需要20000多年才是真正意義上的飛出太陽系。


清明的星空


美國的旅行者一號探測器,於1977年9月5日發射,飛了四十年,目前跡象表明已經飛到了太陽系的邊緣。

還沒出太陽系哦。

界定太陽系範圍的定義有很多,全世界科學家都有各自的看法,一種是太陽風範圍判定,也就是太陽對外拋射粒子的一個範圍,叫做日球層。旅行者一號目前剛剛飛出日球層,但是,除了太陽風範圍,還有一個就是太陽的引力範圍。太陽引力具體達到多遠,科學家們其實也都是假設與推斷。

SQ372彗星環繞太陽旋轉的軌跡為2500個天文單位左右,一個天文單位大約是1.5億公里。科學家們認為它來自奧爾特星雲,奧爾特星雲離太陽多遠呢?大概在五萬到十五萬個天文單位之間,這是目前科學界推斷出來的真實邊界。

旅行者一號因為同位素電池能源消耗殆盡,計劃2025年切斷與地球的聯繫,如果它能飛出太陽系,還需要個幾萬年吧


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