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2021-02-28 网络
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原题目:太阳系的界限到底在哪?太阳系到底有多大?

太阳系的界限到底在哪?太阳系到底有多大?

以行星轨道为界,海王星运行在最边缘

美国国家航空航天局(NASA)曾经示意,太阳系的界限有三种界说方式,其中之一是以行星轨道为界。凭据这种界说,人类眼中的太阳系是逐渐增大的。

十七世纪,哥白尼提出的日心说逐渐被观察所证实。人们最先意识到,太阳周围绕转着许多颗行星,地球不过是其中之一。在很长一段时间内,土星是人们能看到的最远行星,也代表着太阳系最远的领土。

1781年,热忱的天文观察者赫歇尔通过观察确认,天王星是太阳系的第七颗行星,虽然之前的观察者已经多次观察并记录过这个天体。这一发现,将太阳系的局限扩大了一倍。

随后,海王星、冥王星被逐一发现,更新着人们对太阳系的熟悉。若是以行星轨道来界定太阳系界限,人类现在所知的太阳系最大不过如此。

在冥王星被踢出行星大家族之后,海王星是现在已知距离太阳最远的行星,它运行在距离太阳30个天文单位的轨道上。早在1990年,“旅行者1号”便飞过这颗行星的轨道,并发回了地球照片。抵达这一距离的探测器也不仅仅是“旅行者1号”和 “旅行者2号”。好比“新视野”号早已探访过冥王星,现在正飞往柯伊伯带的小行星。

但这种界说方式的瑕玷显而易见。“在海王星的轨道之外,另有许多天体,好比彗星、小行星。若是不是太阳系成员,它们又是什么?”南京大学天文与空间科学学院教授陈鹏飞说。

而且,用这种方式来界说太阳系界限也有很大的不确定性。2006年,冥王星被降级为矮行星,太阳系的局限瞬间缩减。另外一方面,充满好奇心的科学家并不满足于太阳系只有八颗行星。他们留意于历久的观察和先进的手艺能发现太阳系第九大行星。一旦乐成,太阳系的界限也将再次改变。

以太阳风为界,日球层顶包裹着太阳系

2013年秋季,天下各大媒体争相宣布一个新闻:“旅行者1号”飞出了太阳系。这时人们眼中的太阳系是日球层顶以内的空间。人们以太阳风的局限为尺度,界说太阳系界限。

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恒星之间的空间并非空无一物,而是充满了低温的星际介质粒子。太阳会不停向外吹出带电粒子,称为太阳风。所谓日球层,是太阳风发生作用的最大局限。当高速的太阳风粒子与星际介质粒子相遇时,会将其向外推开,自身也逐渐减速,直至无力与星际介质粒子抗衡。形象地说,日球层就好像太阳风向外吹出的一个气泡,日球层之内充满了太阳风粒子,在它之外则是由星际介质粒子主宰的星际空间。而日球层的最外层界限被称为日球层顶。

“由于太阳以220公里/秒的速率在银河系中运动,日球层并非对称的球形,”陈鹏飞说,在太阳运动偏向的日球层最薄,约为100天文单位,在太阳运动的反偏向这一厚度能到达500天文单位以上。“‘旅行者1号’正是沿着太阳运动的偏向航行,穿越了日球层顶。”

2012年8月和2013年4月,“旅行者1号”记录下2次太阳风粒子与星际介质粒子的猛烈相遇。科学家由此推测出太阳风粒子浓度相较于2004年已下降1000倍,星际介质粒子密度则上升了40多倍。在经由频频模子推演后,NASA于2013年9月12日宣布,“旅行者1号”已经穿越了日球层顶。

虽然NASA很郑重地指出,关于太阳系界限有多种界说方式,因此“旅行者1号”的行为可以严谨地形貌为进入星际空间,而不是飞出太阳系。但对此,仍有不买账的科学家。他们时不时地揭晓论文示意异议。由于飞出太阳日球层、进入星际空间有三个条件:来自太阳的带电粒子数目急剧下降、星际介质粒子的数目急剧增多,以及磁场偏向的偏转。很遗憾,“旅行者1号”始终没有探测到磁场偏向的偏转。

“没有探测到磁场偏向的偏转并不能否认‘旅行者1号’飞出日球层。太阳相对星际介质的运动速率比预想的小,也许不足以在日球层顶发生激波。这导致磁场偏向在日球层顶四周缓慢转变,而不是以前预测的猛烈转变。”陈鹏飞说。因此,若是将日球层顶作为太阳系的界限,凭据“旅行者1号”的丈量,太阳系的界限在距离太阳100天文单位之遥。

以引力局限为界,奥尔特云是最遥远的领土

更多的天文学家愿意凭据太阳的万有引力来界说太阳系界限。也即若是一个天体主要受到太阳引力的作用,围绕太阳运动,那么它就是太阳系天体。凭据这个尺度,太阳系八大行星、日球层以及遥远的小行星与彗星都在太阳系局限内。

但太阳引力发生作用的最后界限在那里?“在太空中某一地方,太阳引力和邻近恒星的引力会到达平衡,这里即是太阳系的界限。”南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇说。

1950年,荷兰天文学家奥尔特提出,在太阳系遥远的领土有一片冰凉的“云团”,孕育着1000亿颗长周期彗星。它被称作奥尔特云,一直延续到距离太阳50000—150000天文单位的区域。这里是太阳引力约束天体作圆周运动的最后区域,也即太阳系界限。“旅行者1号”需要30000年飞出太阳系,正是基于“旅行者1号”每年约3.5天文单位的航行速率以及奥尔特云延伸至100000天文单位的假设。

奥尔特云过于遥远,没有探测器到过这里,更没有人见过它。但这并不意味着,它完全是想象。

天文学家把从柯伊伯带向外到10000天文单位左右的空间称为内奥尔特云。“已往天文学家以为内奥尔特云是空的。但随着观察手段的提升,发现并非如此。”周礼勇说,2003年科学家发现小行星赛德娜,它与太阳最近的距离是76天文单位,但由于轨道很扁,远日点靠近1000天文单位,位于内奥尔特云区域。“像这样的天体至少已经看到10多个,而现实上会更多。”

若是将奥尔特云视作太阳系的界限,我们永远无法看到“旅行者1号”飞出太阳系的那一天。由于携带的同位素电池仅有40多年的寿命,“旅行者1号”将从2020年最先逐渐关闭所搭载的仪器。2025年,它将关闭所有的仪器,切断与地球的联系。

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