周老師的北極星學堂

太陽系的範圍有多大？

NASA關於旅行者飛出太陽系的新聞發佈過兩次，第一次是2014年9月13日旅行者一號飛出太陽系，第二次是2018年11月5日飛出了太陽系，當然這是一件值得慶賀的事情，第一次所有人造飛行器到達距離地球這麼遠的位置，而且這是四十幾年前發射的探測器，依舊在繼續工作，但未來可能因核電池能量再無法支撐任何單一設備工作，再無法和地球取得任何聯繫！

但各位所要了解的是，旅行者飛出的太陽系僅僅只是我們定義的太陽系三個範圍中的一個而已，還有一個更小和更大的太陽系範圍，不妨我們來認識下太陽系尺度認識的小歷史！

從地心說到日心說

托勒密的地心說有一套非常嚴密的體系來描述行星環繞地球的詭異運動，當然我們現在知道這是錯的，但它的精度非常高，甚至可以作為初步的航海導航計算，可能連托勒密自己都不相信這個體系可以統治人類的宇宙觀將近1500年！

托勒密的宇宙體系圖

一直到1513年時哥白尼通過詳盡的觀測，提出了行星，包括地球環繞太陽公轉的《天體運行論》，也就是俗稱的日心說！不要以為哥白尼是一位天文學家，那只是他的業餘愛好，哥白尼的正當職業是宗教法博士和醫術高明的醫生，因此他很清楚提出日心說的後果有多嚴重，所以“老奸巨猾”的哥白尼選擇了將日心說在他去世前才發表，彌留之際他拿到了印刷版的《天體運行論》，可以說人生贏家哥白尼是絕對不會錯的。

隨後伽利略發現了木星和它的衛星，從觀測上證明了托勒密的地心說是站不住腳的。

開普勒則從火星的橢圓軌道著手，發現了行星運行三大定律，從數學到觀測上證明了日心說！

至此日心說已經開始全面替代地心說，人類的宇宙觀翻過了重要的一頁。

從天王星、海王星再到冥王星與太陽系邊緣的柯伊伯帶

從伽利略的望遠鏡指向天空開始，人類也從肉眼觀測進入瞭望遠鏡時代，但比較可惜伽利略並沒有發現更多的行星，大家依舊還停留在金木水火土！

1781年3月13日赫歇爾用自制的150MM反射鏡發現了天王星之後，太陽系成員擴大到了7大行星，但經過長時間的觀測，天文學家發現天王星軌道與計算不符，認為還有可以行星在干擾天王星！

1846年9月23日，柏林天文臺根據勒維耶的計算位置旁約1度的位置發現了海王星！

1930年2月18日，湯博發現了冥王星，至此太陽系九大行星地位確立！

1951年傑拉德·柯伊伯在天文物理學期刊上發表了一片文章，認為太陽系演化早期會在外圍形成一個塵埃盤，而這個塵埃盤現在仍然有可能存在！

20世紀的70年代，在距離太陽35-50天文單位，柯伊伯預言的位置，發現了大量短週期彗星。

因此確立了柯伊伯帶的存在！從太陽系形成塵埃盤來說，到柯伊伯帶為止，太陽系的主要範圍基本就已經確定了！

在二十世紀末和二十世紀初，在這個位置發現了多顆矮行星，都是和冥王星類似級別，這讓躋身九大行星的冥王星地位受到了威脅，最終國際天文聯合會在2006年經過討論將冥王星開除除了9大行星行列！

日球層頂與奧爾特雲

當然柯伊伯帶並非太陽系真正的邊界，根據天文學家推測，這是一個圍繞太陽公轉，主要由塵埃和冰微行星構成的塵埃團，距離太陽最遠可達2光年左右，也就是到半人馬座南門二三星系一半的距離，這個位置是太陽引力的最邊緣，當然引力是範圍是無限的，但此處已經是和三星系的拉格朗日點，過了這點就是三星系的引力天下了！

不過這裡實在太遠了，2光年的距離對於旅行者來說，數萬年才能到達，因此天文學家又定義了另一個太陽系的邊界-日球層頂

這是太陽風所能到達的最遠區域，太陽風是太陽上受到輻射壓驅動的高能帶電粒子，以200-800km/s的速度向周圍擴散，但受到銀河系星際塵埃的作用從超音速下降到亞音速的過渡區域，這就是日球層頂內的邊界的端震波，在終端震波和日球層頂中間的區域就是日鞘！

日球層頂大約距離太陽100天文單位，當然這是太陽環繞銀河系前進的方向，而在另一個方向則會更遠一些。

旅行者一號和二號突破的就是這個日球層頂，也就是在柯伊伯帶和奧爾特雲之間的日球層頂，以它作為邊界，也不是不可以，因為奧爾特雲實在是太遙遠了，因此NASA給自己制定了個小目標，跨過一小步，給大家些許信心，否則幾萬年才爬出去，那實在有些喪氣！

星辰大海路上的種花家

我想很多人印象中的太陽系是這樣的？

圖示：太陽系示意圖

太陽系的中心是一個巨大的太陽，太陽系中的八顆大行星和矮行星冥王星都在各自的橢圓形的軌道上圍繞著太陽旋轉著。行星和行星之間的距離感覺離得好近。這讓我們感覺太陽系並不是很大。其實，這只是太陽系主要成員的示意圖。如果我們要把真實的太陽系按比例縮小畫到一張A4紙上，而且還要看清楚八顆大行星的樣子的話，就連科學家表示也做不到的。因為太陽系遠比我們想象的要大。

太陽系的範圍有多大？如果我們把真實的太陽系縮小比例畫在一張紙上，這張紙得需要多大呢？咱們一起來畫一下吧！

圖示：地球到太陽的平均距離1.5億公里為一個天文單位

首先我們要設定一個比例。在衡量太陽系天體的距離時，天文學家會把地球到太陽的平均距離大約1.5億公里作為一個天文單位。例如火星到太陽的平均距離是2.28億公里，也就是大約1.5個天文單位。我們可以理解為火星到太陽的平均距離是地球到太陽距離的1.5倍。那麼我們就以紙張上的1釐米代表一個天文單位的距離也就是1.5億公里。

現在我們在紙張的中心畫一個太陽。地球的位置就位於太陽身邊1釐米的地方。而水星和金星位於地球軌道的內側，分別距離太陽0.39個天文單位和0.72個天文單位。所以我們在太陽身邊大約4毫米的地方畫上水星，在大約7毫米的地方畫上金星。然後是火星大於位於紙上太陽位置的1.5釐米處。

圖示：左起水星、金星、地球和火星

這時候我們會感覺太陽系非常的擁擠。火星外面是最大的行星木星。木星距離太陽大約7.8億公里，也就是5.2個天文單位。因此木星距離太陽5.2釐米。木星之外是土星、天王星和海王星，它們到太陽的距離在縮小比例後分別位於9.5釐米、19釐米和30釐米。如果太陽畫在一張A4只的一角，這樣我們還可以在這之上勉強畫上太陽系的八大行星。

冥王星是海王星外側的矮行星。他曾經是太陽系的第九大行星。它到太陽的距離最遠的時候是49個天文單位（大約73億公里），最近的時候是29個天文單位（大約44億公里），平均距離39個天文單位。因此冥王星在紙上所畫的太陽的39釐米遠的地方。

圖示：太陽系的柯伊伯帶

冥王星並不是太陽系的邊緣。冥王星屬於柯伊伯帶天體。現在科學家在這裡發現眾多和冥王星差不多大小的天體。柯伊伯帶是距離太陽50到500個天文單位，因此太陽系的“廣袤”的感覺從這裡才剛剛開始。如果在紙上畫出柯伊伯帶的話，這就是一個以太陽為中心，半徑為50釐米到5米的大圓環了。

離開了柯伊伯帶，在太陽系的最外層就是奧爾特雲。這裡分佈著太陽系大量活躍的彗星，距離太陽大約5萬到10萬個天文單位。這裡才是太陽系的邊緣，那麼我們如果要畫上太陽系的邊緣的話，這就要畫到500米到1000米之外去了。

圖示：太陽系的“全景”外層是奧爾特雲

現在我們清楚了，我們得需要至少邊長1000米的紙張才能畫出真實比例的太陽系！回過頭來看看紙上地球到太陽那1釐米的距離和太陽系邊緣的500米到1000米的差距是有多麼的巨大啊。

太陽系的範圍有多大？現在大家清楚了吧？

我就是兔斯基

2014年9月13日凌晨2點，NASA召開了關於旅行者一號探測器的新聞發佈會，主要內容是他們已經確定了旅行者一號飛出了太陽日球層，基本算是進入了星際空間

然而需要注意的是NASA並沒有說旅行者一號已經飛出了太陽系，也就是說1977年9月5日發射的旅行者一號在飛行了近40年後還在太陽系內徘徊，這不禁讓很多人疑惑“我們的太陽系究竟有多大呢？”

從銀河系角度來看，整個太陽系不過是獵戶座懸臂內一個普普通通的黃矮星系而已。天文學家結合太陽系演化模型告訴我們太陽系是一個以太陽為中心半徑1光年的球狀“空間”，大部分人一直以為冥王星就是所謂的“太陽系邊緣”，但實際上冥王星包括它後面的柯伊伯帶都還能說是“太陽系中心位置”

太陽系來自於一場46億年前的星雲坍塌，然而就在太陽質量佔據太陽系總質量99.86%的情況下，我們的太陽系內仍然可以擁有多達八顆行星和上百顆衛星以及數不清的小行星，但這些還遠不是太陽系的全部。

在柯伊伯帶以外的太陽系空間內，有著許許多多的彗星和小天體，它們是46億年前那場創世工程中遺留下來“渣滓”，然而就是這些質量加起來還不足月球的“渣滓”們卻營造出了一個包裹太陽系的“奧爾特雲”

在太陽系半徑一光年的情況下，從地球出發以17km/s速度飛行了40多年的旅行者一號直到現在也才飛了20光時左右，想要飛出太陽系還需要數萬年才行。

卡爾.薩根當年之所以把可能暴露人類文明位置的黃金唱片鑲嵌在了旅行者一號兩側，就是因為他知道以旅行者一號的速度不可能在短時間內離開太陽系。

宇宙探索未解之迷

答：由於邊界的認定存在爭議，目前太陽系的大小還沒有明確定論，較為普遍的說法是以奧爾特云為邊界，直徑大約2光年。

太陽系是銀河系中非常普通的一個恆星系統，周圍有著八大行星、小行星帶和科伊伯帶，還有數不清的小行星和矮行星，依據不同的邊界定義方式，太陽系的範圍也有所不同。

日球層為界

太陽系整體以250公里/秒的速度繞銀河系中心旋轉，使得太陽發出的太陽風，會受到星際物質阻礙形成太陽風停滯邊界，日球層就是太陽風的影響區域，離開日球層就徹底進入了星際空間。

旅行者一、二號均攜帶了粒子探測儀，當探測儀監測到的太陽風粒子急劇降為零，同時宇宙射線大幅增加時，就說明探測器飛出了日球層，比如旅行者二號於2018年11月5日開始進入星際空間，旅行者一號是在2012年5月開始進入星際空間的。

日球層並非球體，在太陽運動方向的距離大約是120個天文單位（約0.002光年，通訊時差約17小時），旅行者一號以每秒17公里左右的速度，飛了整整35年；如果以日球層為太陽系邊界，那麼旅行者一號和二號算是飛出了太陽系。

奧爾特云為界

在天文學上，更普遍的說法是以奧爾特云為邊界，奧爾特雲是一個包裹著太陽系半徑約1光年的球形雲體，該雲體內的物質是50億年前太陽系形成時殘留下來的，總質量5~100倍地球質量。

奧爾特雲中的天體，偶爾受到行星或者恆星引力的影響從而偏離軌道，就有可能落入太陽系內部形成彗星，奧爾特雲基本處於太陽系引力影響的邊界，如果以太陽引力影響範圍來定義太陽系邊界，那麼奧爾特雲就是太陽系邊界的標誌。

旅行者一、二號雖然飛出了日球層，但是距離奧爾特雲還有很遠的距離，以探測器目前的速度，旅行者一號飛出奧爾特雲還需要2萬年，旅行者二號還需要3萬年。

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艾伯史密斯

我們對太陽系的認識是隨著科技的進步而逐漸清晰的。

自從日心說被確立以來，太陽系逐漸出現在人們的視野中，到18世紀星雲說出現後，太陽系的概念才正式建立起來。

最早的太陽系只是到土星，這就是太陽系的邊界了，但是隨著天王星和海王星的發現，太陽系的疆界不斷擴大。不過海王星發現之後，這個趨勢便停止了，雖然根據預測，太陽系應該還有第9大行星，但直到20世紀30年代，冥王星才被發現並確認。

至此，9大行星成為了太陽系的新邊界。

到了20世紀末，太陽系的邊界再次擴大，而且這次擴大的不是一星半點了，現實柯伊伯帶，然後是奧爾特雲，雖然這兩個概念很早就有人提出了，但是確認其範圍，還是到了20世紀末。

今天我們確認的太陽系邊界是奧爾特雲，其最大的外側可以延伸到距離太陽1光年遠的位置，由於奧爾特雲是球狀分佈的，所以太陽系的邊界是半徑1光年的一個球狀範圍。

不過，根據計算，太陽的引力範圍還要更遠，計算的結果是可以達到2光年的半徑，這是理論上太陽引力的範圍。但目前還沒有觀測到奧爾特雲以外的天體屬於太陽系，所以，目前太陽系範圍的界定還是以奧爾特雲作為邊界。

寒蕭99

說多少千米什麼的單位太煩了，而且很難想象清楚太陽系的大小。

那就這樣說吧：以一張大報紙為例，把太陽以黃豆的大小畫在紙張中心，而第八大行星則畫在離太陽的三十釐米的地方。

這樣看似是很小，然而，太陽的最外層是一圈碎隕石帶，像一層碎石“保護罩”似的全方位包圍著太陽系。

這太陽系最外層的“保護罩”，如果表達在紙上，則需要以這張紙為中心點，向外擴展一公里才到達這些隕石帶！你現在可以想象到這太陽系會有多麼大了吧！

教案本\n

我們的太陽系到底有多大？實際上這個大小主要在於人類對於太陽系的認識和定義，人類的航天探測歷史也就有五六十年的樣子，太陽系在大多數人眼中就是中心太陽帶著八個大行星在運動，這就是大家印象中太陽系的全部。從距太陽從近到遠，分別有四顆岩石行星和四顆氣態巨行星，水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。之前的冥王星已經被開除出大行星範圍，變成了柯伊伯帶天體，一顆矮行星。

但是太陽系絕不是僅僅如此，太陽系內還含有大量的小行星、矮行星、太空碎片、以及彗星等，這些天體都是在太陽的引力作用下繞太陽在運動，因此太陽系的範圍要更大一些才對。目前在八大行星之外有著柯伊伯帶結構，NASA的新視野號2015年飛過冥王星後，目前正探測柯伊伯帶的小行星，它也成為人類第五個飛躍冥王星軌道的探測器。

在柯伊伯帶的外層還有一個結構奧爾特雲，這個特殊的結構被認為是太陽系內長週期彗星的大本營，這裡異常寒冷形成於太陽系的初期，天文學家預計奧爾特雲的直徑至少在2-3光年左右，這也是太陽引力作用可見的最遠距離。距離太陽最近的恆星是比鄰星，在4.22光年之外，這顆恆星也會有自己的作用範圍，因此說太陽的奧爾特雲直徑在2光年左右已經非常大了，超過這個範圍太陽可能就控制不住它了。

科學黑洞

在1543 年哥白尼發表《天體運行論》並提出日心說而開始形成太陽系的概念時，土星是已知的最遠行星，它距離太陽約 9.6 AU。隨著天王星、海王星和冥王星的發現，人類認識到的太陽系範圍更大了，至少在約40 AU之外。1950年，奧爾特從彗星軌道的統計研究，推斷在距離太陽3 萬至10 萬AU之處，存在球殼狀的彗星儲庫—奧爾特雲。1951年，柯伊伯提出在海王星軌道外，距離太陽30至50 AU之處，存在有彗星的環帶—柯伊伯帶。近年來，發現了很多柯伊伯帶的天體。鄰近恆星的以及銀河系的引力場也會限定太陽的引力範圍。近30多年來，旅行者1號和2號等飛船也得到太陽系外部一些重要的探測資料。現在可以從幾方面來初步描繪太陽系的範圍了

離太陽最近的一顆恆星是比鄰星。它是半人馬座α 三合星的第三顆星，也稱為半人馬座α 星C。它距離太陽4.22 光年（約27 萬AU），質量約為太陽質量的八分之一，因而太陽比它的引力範圍大，估計太陽的最大引力範圍約23萬AU，這比奧爾特雲的外界範圍大。迄今缺乏太陽系最外區甚至奧爾特雲的實際觀測資料，太陽對此區的引力已相當弱，恆星際介質、銀河系的引力場和磁場可能起相當重要的作用。

關鍵字: 太陽系 科學 範圍