问题

太阳系的范围是怎样的,范围有多大?

回答
太阳系的边界,这个问题的答案比你想象的要复杂得多,因为它不是一个清晰划定的“墙”,而更像是一个由引力、太阳风以及遥远星际物质共同塑造的、渐渐模糊的过渡区域。理解太阳系的范围,我们需要从不同的尺度和概念来审视它。

1. 地球人类的视角:我们熟悉的行星世界

当我们谈论太阳系时,最容易想到的就是那八颗行星——水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星,以及它们的卫星,小行星带,还有像柯伊伯带这样的冰冷小天体群。这个范围,大致可以从离太阳最近的水星,一直延伸到最外围的海王星轨道之外。

内太阳系: 主要包括岩石行星(水星、金星、地球、火星)和主小行星带。这里离太阳相对较近,受到的太阳辐射也更强烈。
外太阳系: 以气态巨行星(木星、土星)和冰巨行星(天王星、海王星)为主。它们距离太阳遥远,体积庞大,拥有许多卫星和壮观的光环。

以距离来衡量,我们熟悉的行星世界,最远的“边界”大概是海王星的轨道。海王星距离太阳的平均距离约为30天文单位(AU)。一个天文单位大约等于地球到太阳的平均距离,也就是1.5亿公里。所以,海王星大约在45亿公里之外。这已经是相当遥远的距离了,以我们人类的尺度来想象,已经超出了日常经验的范畴。

2. 扩展的边界:柯伊伯带和海王星外天体

然而,太阳系的故事并没有在海王星那里结束。天文学家们发现了更多的冰冷天体,它们组成了所谓的“柯伊伯带”。

柯伊伯带: 这是一个盘状的区域,位于海王星轨道之外,大致从30 AU延伸到50 AU(甚至可能更远)。这里充满了各种各样的小型冰冷天体,包括矮行星(比如冥王星、阋神星、妊神星、鸟神星)和彗星的“种子”。我们可以把柯伊伯带看作是太阳系的一个重要延伸区域。

3. 太阳系的真正边界:奥尔特云

如果我们要寻找太阳系最远的边界,那么答案就是“奥尔特云”。这是一个理论上存在的、包围着整个太阳系的巨大球壳状区域,距离太阳极其遥远。

奥尔特云: 这是一个非常难以直接观测的区域,它被认为是长周期彗星的“故乡”。根据目前的模型,奥尔特云的内边界可能在2,000到5,000 AU之间,而外边界则可能延伸到令人难以置信的 50,000 到 200,000 AU!

为了让你对这个距离有个概念:

50,000 AU 大约等于 7.5 万亿公里。
200,000 AU 大约等于 30 万亿公里。

这是一个什么概念呢?

如果以光速来衡量,光从太阳到达地球大约需要8分钟。
光到达海王星大约需要40分钟。
光到达柯伊伯带的尽头大约需要4到7小时。
而光从太阳到达奥尔特云的边缘,可能需要 一年到两年 甚至更长的时间!

想象一下,太阳系就像一个巨大的“气泡”,而奥尔特云就是这个气泡的最外层,在这里,太阳的引力依然存在,但已经非常微弱,与周围星际空间的引力几乎相当。我们所熟知的行星和柯伊伯带天体,都只是这个庞大“气泡”内部的较小结构。

4. 另一种边界:日球层

从物理学的角度来看,太阳系的边界还可以用“日球层”来定义。日球层是由太阳风(一种从太阳不断向外喷射的高能带电粒子流)形成的保护层。

日球层顶(Heliopause): 这是太阳风的势力范围与星际介质(星际空间的物质)势力范围交汇的地方。在这里,太阳风的速度会急剧减慢,并被星际介质压缩。旅行者1号和旅行者2号探测器已经穿越了这个边界,进入了真正的星际空间。日球层顶的距离因太阳活动的周期而有所变化,但大致在 120 AU 左右。

总结来说,太阳系的范围是一个多层次的概念:

我们熟悉的行星行星带: 大约到海王星轨道,约 30 AU。
柯伊伯带: 延伸到约 50 AU(甚至更远)。
日球层顶: 太阳风势力范围的边界,大约在 120 AU。
奥尔特云: 太阳引力影响最远可及的范围,也是被认为是彗星诞生的区域,其外边界可达 50,000 到 200,000 AU。

所以,当你问太阳系的范围有多大时,你可以说,最广义的、由太阳引力决定的边界,那个由奥尔特云构成的巨大球壳,直径可能超过 400,000 AU,也就是约 60 万亿公里。这是一个在我们日常经验中几乎无法想象的尺度,但正是这个巨大的尺度,定义了我们太阳系在浩瀚宇宙中的独特性。

网友意见

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太阳系是太阳和所有受到太阳引力约束的天体的集合体,这和星际空间的分界并不明确,因为太阳风和太阳引力是相对独立的:

太阳风显现的边界是日球层顶[1]

太阳引力则对应太阳的希尔球,范围接近假说中的奥尔特云[2]

  • 日球层顶既非球状也不是想当然的圆锥状,与星际物质碰撞处预计会产生终端震波,使日球层顶正面的范围压缩到80~100天文单位,背面则延伸到约200天文单位。
  • 人们设想太阳系在星际介质中运动时会形成弓形激波,距离太阳约230天文单位。

早期,人们认为日球层顶可能拖着很长的尾巴,像这样:

2020年的研究则认为日球层顶的形态可能是这样的:

在其它恒星附近,我们观测到不同形态的恒星风-星际介质相互作用,目前还不知道太阳系会是哪一种,抑或全都不像:

  • 奥尔特云的存在还没有被证实,估计是接近球状的。

垂直于黄道面的方向上有时空、少量的彗星、碎片、灰尘、气体、太阳风、磁场、宇宙线、光。奥陌陌是从接近垂直方向上飞来的,现在大概也还在该方向上飞行,还没有离开太阳系的范围。

航天器的轨道选择很大程度上取决于任务目的。去“太阳系边缘”或以脱离太阳系为目的之探测器是极少数,为了在发射所用的火箭规模的限制下达到足够的速度,它们要借助大行星的引力弹弓,垂直于黄道面的位移对这个目标没有任何意义。研究太阳两极状况的探测器就不得不飞到远远偏离黄道面的位置去。尤利西斯号太阳探测器的轨道就是几乎跟黄道面垂直的。

参考

  1. ^ 太阳风与星际介质冲撞并基本停滞之处,距离太阳约100~120天文单位
  2. ^ 半径约1光年

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