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太陽系的邊界到底在哪?太陽繫到底有多大? 以行星軌道為界,海王星運行在最邊緣 美國國家航空航天局(NASA)曾經表示,太陽系的邊界有三種定義方式,其中之一是以行星軌道為界。按照這種定義,人類眼中的太陽系是逐漸增大的。 ... 十七世紀,哥白尼提出的日心說逐漸被觀測所證實。人們開始意識到,太陽周圍繞轉著許多顆行星,地球不過是其中之一。在很長一段時間內,土星是人們能看到的最遠行星,也代表著太陽系最遠的疆域。 1781年,熱忱的天文觀測者赫歇爾通過觀測確認,天王星是太陽系的第七顆行星,雖然之前的觀測者已經多次觀測並記錄過這個天體。這一發現,將太陽系的範圍擴大了一倍。 隨後,海王星、冥王星被逐一發現,更新著人們對太陽系的認識。如果以行星軌道來界定太陽系邊界,人類目前所知的太陽系最大不過如此。 在冥王星被踢出行星大家族之後,海王星是目前已知距離太陽最遠的行星,它運行在距離太陽30個天文單位的軌道上。早在1990年,「旅行者1號」便飛過這顆行星的軌道,並發回了地球照片。抵達這一距離的探測器也不僅僅是「旅行者1號」和 「旅行者2號」。比如「新視野」號早已探訪過冥王星,目前正飛往柯伊伯帶的小行星。 ... 但這種定義方法的缺點顯而易見。「在海王星的軌道之外,還有很多天體,比如彗星、小行星。如果不是太陽系成員,它們又是什麼?」南京大學天文與空間科學學院教授陳鵬飛說。 而且,用這種方法來定義太陽系邊界也有很大的不確定性。2006年,冥王星被降級為矮行星,太陽系的範圍瞬間縮減。另外一方面,充滿好奇心的科學家並不滿足於太陽系只有八顆行星。他們寄望於長期的觀測和先進的技術能發現太陽系第九大行星。一旦成功,太陽系的邊界也將再次改變。 以太陽風為界,日球層頂包裹著太陽系 2013年秋季,世界各大媒體爭相宣布一個消息:「旅行者1號」飛出了太陽系。這時人們眼中的太陽系是日球層頂以內的空間。人們以太陽風的範圍為標準,定義太陽系邊界。 恆星之間的空間並非空無一物,而是充滿了低溫的星際介質粒子。太陽會不斷向外吹出帶電粒子,稱為太陽風。所謂日球層,是太陽風發生作用的最大範圍。當高速的太陽風粒子與星際介質粒子相遇時,會將其向外推開,自身也逐漸減速,直至無力與星際介質粒子抗衡。形象地說,日球層就好像太陽風向外吹出的一個氣泡,日球層之內充滿了太陽風粒子,在它之外則是由星際介質粒子主宰的星際空間。而日球層的最外層邊界被稱為日球層頂。 「由於太陽以220公里/秒的速度在銀河系中運動,日球層並非對稱的球形,」陳鵬飛說,在太陽運動方向的日球層最薄,約為100天文單位,在太陽運動的反方向這一厚度能達到500天文單位以上。「『旅行者1號』正是沿著太陽運動的方向飛行,穿越了日球層頂。」 ... 2012年8月和2013年4月,「旅行者1號」記錄下2次太陽風粒子與星際介質粒子的劇烈相遇。科學家由此推測出太陽風粒子濃度相較於2004年已下降1000倍,星際介質粒子密度則上升了40多倍。在經過反覆模型推演後,NASA於2013年9月12日宣布,「旅行者1號」已經穿越了日球層頂。 雖然NASA很謹慎地指出,關於太陽系邊界有多種定義方式,因此「旅行者1號」的行為可以嚴謹地描述為進入星際空間,而不是飛出太陽系。但對此,仍有不買帳的科學家。他們時不時地發表論文表示異議。因為飛出太陽日球層、進入星際空間有三個條件:來自太陽的帶電粒子數量急劇下降、星際介質粒子的數量急劇增多,以及磁場方向的偏轉。很遺憾,「旅行者1號」始終沒有探測到磁場方向的偏轉。 「沒有探測到磁場方向的偏轉並不能否定『旅行者1號』飛出日球層。太陽相對星際介質的運動速度比預想的小,也許不足以在日球層頂產生激波。這導致磁場方向在日球層頂附近緩慢變化,而不是以前猜測的劇烈變化。」陳鵬飛說。因此,如果將日球層頂作為太陽系的邊界,根據「旅行者1號」的測量,太陽系的邊界在距離太陽100天文單位之遙。 以引力範圍為界,奧爾特雲是最遙遠的疆域 更多的天文學家願意根據太陽的萬有引力來定義太陽系邊界。也即如果一個天體主要受到太陽引力的作用,圍繞太陽運動,那麼它就是太陽系天體。按照這個標準,太陽系八大行星、日球層以及遙遠的小行星與彗星都在太陽系範圍內。 但太陽引力發生作用的最後邊界在哪裡?「在太空中某一地方,太陽引力和臨近恆星的引力會達到平衡,這裡便是太陽系的邊界。」南京大學天文與空間科學學院教授周禮勇說。 1950年,荷蘭天文學家奧爾特提出,在太陽系遙遠的疆域有一片冰冷的「雲團」,孕育著1000億顆長周期彗星。它被稱作奧爾特雲,一直延續到距離太陽50000—150000天文單位的區域。這裡是太陽引力束縛天體作圓周運動的最後區域,也即太陽系邊界。「旅行者1號」需要30000年飛出太陽系,正是基於「旅行者1號」每年約3.5天文單位的飛行速度以及奧爾特雲延伸至100000天文單位的假設。 奧爾特雲過於遙遠,沒有探測器到過這裡,更沒有人見過它。但這並不意味著,它完全是想像。 ... 天文學家把從柯伊伯帶向外到10000天文單位左右的空間稱為內奧爾特雲。「過去天文學家認為內奧爾特雲是空的。但隨著觀測手段的提升,發現並非如此。」周禮勇說,2003年科學家發現小行星賽德娜,它與太陽最近的距離是76天文單位,但由於軌道很扁,遠日點接近1000天文單位,位於內奧爾特雲區域。「像這樣的天體至少已經看到10多個,而實際上會更多。」 如果將奧爾特雲視作太陽系的邊界,我們永遠無法看到「旅行者1號」飛出太陽系的那一天。因為攜帶的同位素電池僅有40多年的壽命,「旅行者1號」將從2020年開始逐漸關閉所搭載的儀器。2025年,它將關閉所有的儀器,切斷與地球的聯繫。 但140個天文單位的飛行距離,已經讓它躋身人類飛得最遠的探測器。而「旅行者1號」攜帶的「地球之音」光碟刻有人類文明的種種信息,特殊處理讓它足以抵禦10億年時光的侵蝕。

 

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文章來源取自於:

 

 

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