太陽系的範圍有多大?

周老師的北極星學堂


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


我們常說可觀測宇宙直徑達到了930億光年,銀河系的直徑為10萬光年,然而其實我們連太陽系的真實範圍還沒搞清楚,不過下面有一張圖,看了之後你就能明白我們的太陽系應該有多大了:

我們以太陽為中心向外畫一條半徑線,那麼這條線將分別路過水星,金星,地球,火星,木星,土星,天王星,海王星等的軌道,太陽與地球之間的距離,被稱為一個天文單位,那麼很顯然上面的比例是不對的,因為木星距離我們最近也有6.3億公里,相當於太陽到地球距離的四倍多,而海王星距離太陽為30個天文單位,也就是說相當於地球到太陽距離的30倍,想象一下,海王星應該在圖中的什麼位置?實際上圖片已經根本盛不下了。

而海王星只是太陽系八大行星最外面的一顆而已,上圖中的旅行者1號以每秒鐘17公里的速度飛行了37年,才到達了上圖中的位置,那個地方被稱為太陽層頂,也就是太陽風所能影響到的最遠的地方,突破這一片界限,科學家認為就到了太陽之外的星際空間,如今旅行者一號已經到了距離太陽210億公里之外,就是剛進入上圖中日球頂層之外的黑暗區域,接近太陽的海王星距離的五倍,如果以它來計算太陽系的範圍大小的話,那麼太陽系就是一個直徑約為420公里的球狀空間,不過由於太陽的運動狀態,這個空間有點兒呈扁圓形,如下圖。



然而不少科學家們並不認為這裡就是太陽系的邊緣,因為太陽還處於奧爾特星雲之中,所以也許奧爾特星雲的邊緣才是太陽系的邊緣,然而奧爾特星雲的直徑達到了兩光年,以太陽為中心的話,那麼奧爾特星雲的邊緣有一光年之遙,相當於太陽到比鄰星距離的1/4,遠達9.46萬億公里,如果以奧爾特星雲來衡量太陽系的大小,那麼太陽系就是一個直徑約兩光年的球狀空間,這是一般意義上太陽系最大的空間範圍了,但形狀也有可能是不規則的,可參考下圖。


科普大世界


前幾日在一個叫Wylie Overstree 的網站看到一部影片,一群充滿著激情的人根據真實比例建立了完整的太陽系行星軌道模型,他們用了廣闊的空間完成了太陽系的模型。其實在2014年有人就做過類似的事,以北京天文館作為太陽所在地,八大行星按比例分佈在北京城內和周邊,當時的海王星是一個直徑1米的氣球,被放置在天津薊縣,與北京天文館的直線距離是81公里,被放置在距天文館88公里外的天津武清的冥王星僅僅只有一個乒乓球的大小,而地球在太陽系中就是一顆彈珠大小的存在,這樣的距離和比例,真的震撼人心。

太陽系

第一站

太陽系共有八大行星,166個衛星,還有一些矮行星和其他小天體。太陽處於太陽系的主宰地位,它的質量佔整個太陽系總質量的99.86%,它也是太陽系唯一的恆星,唯一的能源基地。地球上的生物生存離不開的光和熱都來自太陽,而地球和太陽的距離又剛好是那麼“完美”,才有了這樣生機蓬勃的地球。

太陽系到底有多大,用具體數字來描述一下太陽系。描述太陽系尺度常用的單位是天文單位。簡單地說,天文單位就是日地平均距離,用AU表示,一個天文單位=14959780700米。太陽系最外層的行星海王星與太陽的距離是30AU或約45億千米,光從太陽傳到海王星約需4小時09分。看到這裡,相信大家心裡已經有一個概念了,太陽系真的大到超乎我們的想象。

太陽系

第二站

小小的星系

滿滿的秘密

太陽系

第三站

太陽系的物質分佈有6重界限。第1重是水星、金星、地球、火星4顆類地行星,空間範圍0.39~1.52AU;第2重是小行星帶,分佈著幾千萬個以岩石為主要成分的小行星,空間範圍2.17~3.64AU;第3重是木星、土星、天王星、海王星4顆類木行星,空間範圍5.2~30AU;第4重是以冥王星為首的又一個小天體環帶——柯伊伯帶,空間範圍30~55AU;第5重是太陽風粒子能到達的區域,最遠到100個AU,完全籠罩著所有大行星和柯伊伯帶天體,呈球狀分佈,太陽位於中央。太陽物理學家稱這個大球為“日球”,也叫太陽風層;第6重是離日球邊界最遠的地方,知道離太陽3萬~10萬AU的區域,叫奧爾特彗星雲。

●結束●

這樣一重一重的界限一定讓你看花了眼,事實上真的沒有一張圖片可以讓我們完全感受到真實的太陽系是什麼樣的。當我們離開地球,地球就會越來越小,豎起大拇指,可以把地球藏在大拇指後,曾經所知道的一切都藏在大拇指之後。

我們的太陽系究竟有多大?正常的想象恐怕已經是想不出來的了,一個地球在太陽系中不過一顆玻璃彈珠的大小,你試試用自己的手一把能握住多少顆玻璃彈珠?我們在一顆彈珠上,而它漂浮在虛無中。


創意風向標


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


太陽系的範圍,就是指在太空中受太陽這顆恆星影響的空間。離太陽最近的恆星是比鄰星,與太陽距離約4光年多點,它質量與太陽接近,在這個方向上受太陽影響的範圍約兩光年。在共它方向上,因恆星間距大。受太陽影響的空間範圍要大的多。也就是說,太陽系的範圍不是一個完美的球型空間而是桃子型或其它不規則型狀。若比如成桃型,則桃子的蒂就是比鄰星方向。約離太陽兩光年。這是最小的半徑。


乙九丁


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


太陽系-圍繞銀河系中心轉動的速度約240㎞/s,2.26億年轉一圈。

天文學家在太陽系內以天文單位(AU)來測量距離。1AU是地球到太陽的平均距離,大約是1.5億公里(9300萬英里)。冥王星與太陽的距離大約是39AU,木星則約是5.2AU。最常用在測量恆星距離的長度單位是光年,1光年大約相當於63240天文單位。行星與太陽的距離以公轉週期為週期變化著,最靠近太陽的位置稱為近日點,距離最遠的位置稱為遠日點。

說起太陽系人們並不太陌生,我們都知道太陽是一顆發熱的大火球,是一顆恆星,圍繞著太陽運轉的有八大行星,原來還有第九大行星叫冥王星,但是在2006年8月24日國際天文學聯合會,大會上決定把冥王星降格為矮行星,那這樣一來呢,我們常說的太陽系九大行星就成了八大行星了。除此之外我們的太陽系還有100多顆衛星,20多萬顆有編號有命名的小行星,還有數以百萬計的隕星,有人認為在太陽系的外圍有一個特大的彗星區,那裡大概有1000億顆彗星,夠熱鬧的了吧。

白天我們會看到太陽在東昇西落,夜晚會看到月亮和群星也在東昇西落,但是如果從宇宙空間來觀察地球,你會發現地球總有一半是被太陽照亮的,而總有另一半處在黑暗中,這就是我們的白天與黑夜。而我們所看到的天空也在隨著地球自轉而改變,我們看到的太陽在東山西落的現象,事實上不是因為太陽照射的,而是我們的地球在一直自轉著,所以我們觀察到的是月亮高掛著夜空,恆星和行星升起來,穿過天空又墜落下去,這些都是地球自轉的結果。

在每年的3月20日地球到達春分點,春天來了。我真的是佩服古人的智慧,與地球相比太陽要大得多,是個真正的龐然大物,如果把太陽想象成一座巨大的教堂,那麼在相同比例下,地球就像我們像一隻足球正在5公里以外的城外運動,而太陽系中最大的行星木星,也就像一輛小汽車正在距城市30公里的地方行駛,也是在相同的比例下,冥王星就像一隻小小的網球,在城市200公里以外的地方飛行。和太陽相比,包括我們地球都是如此的渺小,行星質量的總和也不超過太陽系總質量的1‰,這樣看來太陽系的組成就是巨大的太陽加上像小石塊一樣的行星,地球就是其中的一塊,看到太陽一週需要365天12個月,越是接近太陽的行星,其運動速度就越快,金星比地球更靠近太陽,看到太陽一週只需不到8個月的時間,比金星更靠近太陽的行星是水星,繞太陽一週只需要不到三個月的時間,但是你將會發現要看到水星很難,因為它太接近太陽了,常常會淹沒在明亮的太陽光中,水星金星,接下來是我們的地球,再下一個是火星,由於離太陽較遠,火星運動比地球慢,他繞太陽一週需要2年的時間,在火星的外面是木星它是行星中最大的,木星繞太陽一週需要12年,木星軌道外面的是土星,土星需要30年才能繞太陽一週,離土星距離太陽更遠的是天王星海王星,冥王要248年才能繞太陽運行一週,除地球之外還有4個行星是肉眼可見的,他們是土星,木星,火星和金星。


太空生物學


太陽系一共有八大行星,至少173顆衛星,還有5顆矮行星,以及數不清的小天體。從結構上看,八大行星佔據了主要的軌道位置,最外側的冥王星也有39個天文單位的軌道半徑,因此從冥王星軌道為界限再往外,基本就處於外太陽系軌道範疇了。這裡也和外海王星區重疊,即在海王星的軌道之外,天體密度已經開始逐漸下降,換句話說就是到了城鄉結合部了,高樓大廈少了很多,到處都是冰冷的小天體,稀稀拉拉,但是數量還不少。再往外就是柯伊伯帶山個,這裡距離太陽大約30至500個天文單位,這是一片巨大的虛空,同時分佈著大量小天體,冷不丁給你來一下。

美國宇航局發射於1977年的旅行者探測器,已經抵達126個天文單位的位置,這裡處於日光層的邊緣,所謂的飛出太陽系,其實也就是飛出日光層。因為日光層之內,是太陽磁場、粒子風可以建立的防禦陣地,如果飛出了這裡,基本上與太陽無關了,2007年,旅行者探測器穿過了太陽風層頂的位置,以每年3個天文單位的速度遠離太陽系。但即便如此,旅行者探測器還要先穿過10萬個天文單位的奧爾特雲,其實這裡也是處於太陽系,因為這裡的彗星會穿入太陽系搞破壞,如果真正要離開太陽系,至少要再飛2.8萬年才行。

這才算最終離開太陽的引力控制,進入恆星際空間,那麼旅行者探測器就開始逐漸向其他恆星靠近,接收其他恆星引力的控制。當然這也是後話了,至少7萬年後的事情。


太空伊卡洛斯


無論太陽系的範圍是怎麼樣子的,可以肯定地說絕對不會是被宇宙科學家定義的現在這般大小,只有八大行星或九大行星的範圍。太陽系如此龐博怎麼可能才有九大星系。一定是受觀察計算及科技水平的限制弄錯了。科學家說現在的宇宙是由雲河系,系外系,太陽系等組成的,宇宙裡有兩千多億顆恆星。可是惟獨太陽系裡才有九顆,懸殊太大了點。有關太陽系的範圍的定義極不精確,還是所謂古代的外國科學家在科學設備極端落後的條件下定義的。在現代的科技水準下應該重新研究觀察定義太陽系的範圍,我看有這個必要。太陽系應該比現在的範圍大數千倍才是正確的。我們不是科學家,很可能對太陽系的認識是錯誤的。


凸凹24


很有意思的是,“太陽系”這個概念是一直到哥白尼提出日心說,或者更準確的說,我們發現太陽也是一顆恆星的時候,它才成立。在此之前,甚至天文學家們還認為,我們看到的日月五星範圍基本就是整個宇宙,恆星只不過是外面距離很近的一層球殼。換句話說,在一開始我們認為太陽系甚至整個宇宙範圍都是很小的。所以到了哥白尼之後,我們才開始討論“太陽系”的大小。

當然從古希臘開始,對於地球大小、對於太陽月亮距離的研究,就在不斷的拓展我們對於世界的認識,發現這個世界的大小超乎所有人的想象。

太陽系,顯然是應該受到太陽引力作用控制之內的。問題就在於引力作用,是一種長程作用力,它的大小和距離的平方成反比,這也就是說在很遠的距離上它仍然是存在的。這就給我們如何定義一個恆星系統帶來了很大的困難。離我們最近的恆星比鄰星大約是4.3光年。如果按照平均的勢力分配來說,太陽系也可以分到2光年。如果沒有其他的恆星存在,那麼在很遠的距離上,小天體仍然會受到太陽的影響。由於其他的恆星存在,小天體的運行就會受到多個恆星的影響,也就是恆星系統的定義是模糊不清的。有人認為,如果有其他恆星“路過”會引起太陽系邊緣的冰凍小天體被拋入到太陽系內部,形成大量的彗星。

我們傳統上的定義,太陽和九大行星或者八大行星,只是就行星而言。當然有的天文學家認為,據一些小天體的運行,在冥王星軌道之外比較遠的地方還有另外一顆大行星,如果得到證實的話,也許太陽系又將恢復九大行星?

冥王星降級本身就是對於太陽系認識的升級,因為冥王星,和更多的海王星軌道之外的小天體,屬於理論上的柯伊伯帶;還有更遠處的奧爾特雲,是由上百甚至上萬天文單位範圍裡的許多冰凍小天體構成的。包括新視野號衛星在內的許多新的研究正在致力於探索他們的情況。

所以天文學家們對於太陽系大小的定義實際上也有不同的意見,是按照已經發現的小天體範圍來規定太陽系、按照太陽風(vs恆星風)影響的範圍,還是按照引力影響的範圍,都有各的說法,也各有各的道理。至少我們知道太陽系比我們以前想象的要大的多,不僅宇宙藏著無數的秘密,就連我們的太陽系也有很多是值得進一步探索的。


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