太阳系有多大?在人类认识太空的不同时代因探测水平的限制而有不同的认识。早期人类用肉眼观天,看到天空中有很多星星好像镶嵌在一个巨大的天幕上,虽然天幕在不停地转动(后来知道是地球自转的反映),但镶嵌在其上的星星却不相互运动,也就是他们之间的位置恒定不动,所以称之为恒星。但天空中有七个星体不是恒定不动的,而是在恒星的背景里有规律地移动(或者说穿行),他们就是太阳、月亮和水、金、火、木、土,五颗行星。
一、 早期认识的太阳系
哥白尼以前的人们接受了以地球为中心的学说,但他们却不能完美地解释日、月和行星在恒星背景里穿行的规律。哥白尼以后的科学家接受了以太阳为中心的学说,认为行星(包括地球)都是在围绕太阳转动,这样就很完美地解释了日月星辰在天空中各自运动的规律和现象。后来的科学发展,使得科学家可以很准确地计算出行星运动的轨道以及他们各自距离太阳的远近。因此早期的太阳系就是从太阳到最远的目视可见行星---土星的范围。
历史性的事件出现在1781年,英国天文学家赫歇耳使用他自己制作的天文望远镜发现了一颗新行星(后被命名为天王星),使得人类认知的太阳系范围扩大了一倍(注:土星离太阳平均距离约9.5AU,天王星离太阳平均距离约19.2AU,参考表1)。从此人类开始了对太阳系到底有多大,这个命题的科学探索,并不断取得新的成果。
二、 现代认识的太阳系
目前已知的太阳系是以太阳为中心,包括太阳和所有受到太阳引力吸引的天体的集合体,包括行星、矮行星、卫星、彗星、小行星、流星体等大大小小的天体。
用图示表示太阳系已知天体的距离更直观一些。下图1表示太阳系5AU范围内所包含的天体(太阳、水星、金星、地球、火星、小行星带、木星),下图2表示太阳系50AU范围内所包含的天体(木星圈、土星、天王星、海王星、冥王星、柯伊伯带),下图3表示太阳系1000AU范围内所包含的天体(柯伊伯带、塞德娜),下图4表示太阳系50000AU范围内所包含的天体(塞德娜、奥尔特云)。
三、 太阳系有多大?
我们的太阳系仍然有许多未知数。考虑到邻近的恒星(最近的恒星距离约4.3光年),估计太阳的引力可以控制2光年(125,000天文单位)左右的范围。尽管人类现在发现的塞德娜,范围在柯伊伯带和奥尔特云之间,但仍然有数万天文单位半径的区域是未曾被探测的,也是目前人类发射的空间探测器无法达到的距离。
目前,人类认识的太阳系包括太阳、8颗行星、近500颗卫星和至少120万颗小行星,还有一些矮行星和彗星。若以海王星轨道作为太阳系边界,则太阳系直径约为60AU;若以日球层为界,则太阳系边界可达100个AU;若以奥尔特云为界,则太阳系直径可能有20万AU。参考表1
表1 太阳系结构及层次概要
天体 | 近日点(AU) | 远日点(AU) | 平均距离太阳(AU) | 轨道倾角(度) | 空间层次 |
水星 | 0.30 | 0.46 | 0.38 | 7 | 太阳系核心带 行星际物质 太阳风层 |
金星 | 0.71 | 0.73 | 0.72 | 3.40 | |
地球 | 0.98 | 1.01 | 1 | 0 | |
火星 | 1.37 | 1.66 | 1.52 | 1.85 | |
小行星带主带彗星 | 2 | 3.2 | 2.6 | ||
木星 | 4.95 | 5.46 | 5.2 | 1.30 | |
土星 | 9.02 | 10.01 | 9.5 | 4.48 | |
天王星 | 18.33 | 20.03 | 19.2 | 0.77 | |
海王星 | 29.68 | 30.37 | 29.5 | 1.77 | |
冥王星(矮行星) | 29.66 | 49.32 | 39 | 17.14 | 柯伊伯带 |
妊神星(矮行星) | 35 | 50 | 43.18 | 28.21 | |
鸟神星(矮行星) | 38.51 | 53.07 | 45.79 | 28.96 | |
阋神星(矮行星) | 37.77 | 97.56 | 67.86 | 44.04 | 黄道离散盘 |
日鞘太阳风层顶 | 75 | 110 | |||
塞德娜近日点 | 76.36 | ||||
塞德娜远日点 | 937 | 11.93 | 太阳重力边界 | ||
奥尔特云 | 2000 | 100000 |
期望不远的将来,人类在太阳系未知区域的探测,会取得更多令人瞩目的新成果,使我们对太阳系起源、演化及范围层次的认识,有更加深入的了解。
注释
1) 天文单位:1个天文单位(Astronomical Unit,简称AU)是地球到太阳的平均距离,大约1.5亿千米,是天文学家测量太阳系内天体距离的长度单位。
2) 光年:光1年所走的距离(长度单位)称为光年,一般用在测量恒星之间的距离,1光年大约相当于63240个天文单位。
3) 近(远)日点:行星与太阳的距离因其运行轨道为椭圆而有时远有时近,最靠近太阳的位置称为近日点,最远离太阳的位置称为远日点。
4) 轨道倾角:指行星公转轨道面与黄道面(地球围绕太阳运动的轨迹平面)之间的倾斜角度,海王星以内的天体轨道倾角都比较小,海王星以外的天体轨道倾角一般比较大。
5) 柯伊伯带(Kuiper Belt):是太阳系在海王星轨道(距离太阳约30天文单位)外黄道面附近、天体密集的中空圆盘状区域。柯伊伯带有时被误认为是太阳系的边界,但近年来的探测表明太阳系还向外延伸至更加遥远的奥尔特星云。1992年,人们找到了第一个柯伊伯带天体,至今已有约1000个柯伊伯带天体被发现,直径从数千米到数千千米不等。许多天文学家认为:由于冥王星的个头及轨道特点和柯伊伯带天体相当,所以冥王星应该被排除在太阳系大行星之外,而归类为柯伊伯天体。但因冥王星是在柯伊伯带理论出现之前被发现的,所以传统上仍被认为是行星。2006年第26届国际天文学联合会会议上以表决的方式通过决议,将冥王星降级为矮行星。
6) 塞德娜(Sedna):是天文学家在2003年发现的一颗外海王星天体,编号为小行星90377。发现时是太阳系中距离地球最远的天然天体,近日点在76 天文单位,远日点在937 天文单位,12050年才能完成绕日一周的运行。塞德娜虽然被编号为小行星,但其特点非常像一颗矮行星。国际天文联合会目前并未将赛德娜列为矮行星。
7) 奥尔特云(Oort Cloud):是一个假想的包围着太阳系的球体云团,其中布满着相当数量的不活跃的彗星、小行星等,距离太阳约50000~100000个天文单位,半径约1光年左右,即太阳相距最近的恒星(比邻星)距离的四分之一。