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太阳系的边界到底在哪里?太阳系到底有多大?

美国国家航空航天局(NASA)曾表示,太阳系的边界有三种定义方是行星轨道。根据这个定义,太阳系在人类眼中逐渐增加。

17世纪,哥白尼提出的日心说逐渐被观察证实。人们开始意识到太阳周围有许多行星,地球只是其中之一。长期以来,土星是人们能看到的最远的行星,也代表着太阳系最远的领土。

1781年,热情的天文观察者赫歇尔通过观察证实,天王星是太阳系的第七颗行星,尽管之前的观察者已经多次观察并记录了天体。这一发现将太阳系的范围翻了一番。

随后,海王星和冥王星被逐一发现,更新了人们对太阳系的理解。如果用行星轨道来定义太阳系的边界,人类目前知道的太阳系最大。

冥王星被踢出行星大家族后,海王星是已知距离太阳最远的行星,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号就飞过了行星的轨道,发回了地球照片。到达这个距离的探测器不仅仅是旅行者1号和旅行者2号。比如新视野已经访问了冥王星,目前正在飞往柯伊伯带的小行星。

但这种定义方法的缺点是显而易见的。除了海王星的轨道,还有很多天体,比如彗星和小行星。如果不是太阳系成员,是什么?南京大学天文与空间科学学院教授陈鹏飞说。

此外,用这种方法定义太阳系边界也有很大的不确定性。2006年,冥王星降级为矮行星,太阳系范围瞬间缩小。另一方面,好奇的科学家对太阳系只有八颗行星并不满意。他们希望通过长期观察和先进技术发现太阳系第九大行星。一旦成功,太阳系的边界将再次改变。

日球层顶以太阳风为界,包裹太阳系。

2013年秋天,世界各大媒体争相宣布旅行者1号飞出太阳系。这时,人们眼中的太阳系是日球顶部的空间。人们根据太阳风的范围定义太阳系的边界。

恒星之间的空间不是空的,而是充满了低温的星际介质粒子。太阳会不断地吹出带电粒子,称为太阳风。所谓的日球层是太阳风的最大范围。当高速太阳风粒子遇到星际介质粒子时,它们会向外推,并逐渐减速,直到它们无法与星际介质粒子竞争。生动地说,日球层就像太阳风吹出的气泡。日球层充满了太阳风粒子,星际空间由星际介质粒子主导。日球层的最外层边界称为日球层的顶部。

陈鹏飞说:由于太阳以220公里/秒的速度在银河系中运动,日球层不是对称的球形,陈鹏飞说,太阳运动方向的日球层最薄,约为100天文单位,太阳运动反方向的厚度可达500天文单位以上,‘旅行者1号’沿着太阳运动的方向飞行,穿越日球层的顶部。

20128月和20134月,旅行者1号记录了两次太阳风粒子与星际介质粒子的剧烈相遇。科学家推测,与2004年相比,太阳风粒子浓度下降了1000倍,而星际介质粒子密度上升了40多倍。经过反复模型演绎,NASA2013912日宣布,旅行者1号已经穿越日球顶部。

尽管美国宇航局非常谨慎地指出,定义太阳系边界的方法有很多,但旅行者1号的行为可以被严格描述为进入星际空间,而不是飞出太阳系。但对此,仍有科学家不买账。他们不时发表论文表示异议。由于飞出太阳日球层,进入星际空间有三个条件:太阳带电粒子数量急剧下降,星际介质粒子数量急剧增加,磁场方向偏转。不幸的是,旅行者1号从未探测到磁场方向的偏差。

没有检测到磁场方向的偏差并不能否认‘旅行者1号’飞出日球层。与预期的相比,太阳的运动速度小于星际介质,这可能不足以在日球层顶产生激波。这导致磁场方向在日球层顶附近缓慢变化,而不是之前猜测的剧烈变化。陈鹏飞说。因此,如果将日球层顶作为太阳系的边界,根据旅行者1号的测量,太阳系的边界远离太阳100天文单位。

奥尔特云是引力范围内最遥远的领土。

更多的天文学家愿意根据太阳的万有重力来定义太阳系的边界。也就是说,如果一个天体主要受太阳重力的影响,围绕太阳运动,那么它就是太阳系天体。按照这个标准,太阳系八大行星、日球层、遥远的小行星和彗星都在太阳系范围内。

但是太阳引力的最终边界在哪里?在太空的某个地方,太阳引力和靠近恒星的引力会达到平衡,这就是太阳系的边界。南京大学天文与空间科学学院教授周立勇说。

1950年,荷兰天文学家奥尔特提出,太阳系遥远地区有一个冰冷的云,孕育了1000亿颗长周期彗星。它被称为奥尔特云,一直延续到距离太阳5-1.5万天文单位的地区。这是太阳引力束缚天体进行圆周运动的最后一个区域,即太阳系边界。旅行者1号需要3万年才能飞出太阳系,这是基于旅行者1号每年约3.5天文单位的飞行速度和奥尔特云延伸到1万天文单位的假设。

奥尔特云太遥远了,这里没有探测器,也没有人见过。但这并不意味着它完全是想象。

天文学家称之为内奥尔特云,从柯伊伯带到大约1万个天文单位。过去,天文学家认为内奥尔特云是空的。但随着观察手段的改进,发现情况并非如此。周立勇说,2003年,科学家发现小行星赛德娜离太阳最近的距离是76个天文单位,但由于轨道非常扁平,距离内奥尔特云地区近1000个天文单位。至少有10个这样的天体,但实际上会更多。

如果奥尔特云被视为太阳系的边界,我们永远看不到旅行者1号飞出太阳系的那一天。由于同位素电池的使用寿命只有40多年,旅行者1号将从2020年开始逐步关闭仪器。2025年,它将关闭所有仪器,切断与地球的联系。

然而,140个天文单位的飞行距离使其成为人类飞行最远的探测器。旅行者1号携带的地球之音光盘上刻有各种人类文明信息,特殊处理使其足以抵御10亿年的侵蚀。

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