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太阳系到底有多大?

时间:2020-06-24 07:43 来源:菜叶 作者: 菜叶

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在衡量一个尺度之前,我们必须要规定一个测量单位。对于太阳系来说,用公里来衡量实在有点小材大用,而光年又显得有点杀鸡用牛刀。因此,天文学家们规定了一个适合用于衡量像太阳系这样的系统的长度单位:天文单位。天文单位的定义就是地球到太阳的距离,也就是大约1.496亿公里。

让我们从太阳系的最内侧出发,以水星为例,它与的半长轴约为6980万公里,也就是0.46个天文单位;木星的半长轴是5.2个天文单位,也就是7.8亿公里;而冥王星和太阳的平均距离约为59亿公里,这就是大约39.2个天文单位。这个距离,即使是在高速公路上的速度,也要6000年的时间才能到达。

太阳系到底有多大?旅行者1号需要这么久才能真正飞出去

好在,随着人类科技的发展,航天探测器远远超过了汽车的速度。

2006年,美国国家航空航天局的新地平线号探测器发射升空,经过近10年的飞行,于北京时间2015年7月14日19时49分飞掠冥王星。其飞行速度,达到了每小时8.4万公里。

现在我们知道,冥王星仅仅是太阳系柯伊伯带的一颗普通的天体,而且是柯伊伯带内距离太阳最近的一颗。

太阳系到底有多大?旅行者1号需要这么久才能真正飞出去

柯伊伯带是位于海王星轨道以外的一片区域,最早由爱尔兰裔天文学家艾吉沃斯提出,后来杰拉德·柯伊伯将这个观点完善,因此这片区域也以他的名字来命名。他们认为,柯伊伯带充满了微小的冰冷物体,这些都是原始太阳星云残留下来的碎片,没有凝聚成行星,于是散落在这片寒冷的区域。据推测,柯伊伯带的直径大约有500个天文单位,也就是750亿公里,这是刚刚发现海王星时的天文学家所完全不敢想象的范围。在这片区域,分布着大量的小天体,其中最大的也不超过3000公里,连月球都比不上。

最早进入到柯伊伯带的天体,其实并不是新地平线号探测器,而是NASA在20世纪70年代发射的旅行者1号探测器。1977年9月5日发射的旅行者1号是第一个给人类传回近距离拍摄木星、木星照片的探测器,也是目前人类发射最远的探测器。

太阳系到底有多大?旅行者1号需要这么久才能真正飞出去

2012年8月25日,NASA宣布“旅行者1号”成为人类历史上第一个进入星际介质的宇宙飞船。很多人误以为人类探测器终于逃离太阳系了,但其实并非如此。它和后来的旅行者2号,所摆脱的只是太阳的日光层。

我们知道,太阳在进行核聚变的同时,还会向外释放非常强烈的辐射,大量高能粒子以160万公里的时速冲向宇宙空间,这叫做太阳风,并且飞得越远,密度越低,所以能量也越弱。同样的,在宇宙中,还有其他天体释放的辐射,在宇宙中交织起来。在距离我们大约120个天文单位的位置,太阳的辐射和宇宙辐射达到了平衡,这样的位置就叫做日光层,厚度约为0.5天文单位。在这里,等离子体的密度比其他区域高了80倍,而且两股势力来回的拉锯也导致这片区域非常不稳定。

太阳系到底有多大?旅行者1号需要这么久才能真正飞出去

当科学家发现旅行者1号探测器"记录到等离子体(热的、电离的气体)以一定的频率突然出现震荡的峰值时,就知道这艘航天器已经突破了日光层。"不过,日光层远不是太阳系的边界。根据日光层的范围我们就知道,它只是位于柯伊伯带之中的一部分,甚至都不在柯伊伯带的边界。也就是说,目前两只旅行者号探测器只是飞出了日光层,但仍然在柯伊伯带飞行。

根据NASA在2020年3月12日更新的数据,旅行者一号目前距离地球220亿公里,以17公里/秒的速度继续向宇宙深处飞行。按照柯伊伯带500个天文单位的直径,它还需要差不多52年的时间才可能飞出柯伊伯带,进入到太阳系最外层结构——奥尔特云。

太阳系到底有多大?旅行者1号需要这么久才能真正飞出去

1950年,荷兰天文学家简·亨德里克·奥尔特正式描述了这片区域:属于太阳系的最外层,由于受到太阳辐射很弱,所以相对稳定。他认为这里是太阳系中彗星的家园,拥有着上百万个彗星核,并且其中的物质可以不断形成新的彗星。

经过多年的研究,科学家们对奥尔特云的描述也越来越详细:其质量大约在地球的5-100倍之间,虽然拥有着海量的彗星,但只有5%可以进入到太阳系内部,“朝见”至尊的太阳。

不过,由于人类观测能力的限制,目前我们对于奥尔特云的了解还非常有限,或者说得更让大家“寒心”一点——我们还没有真正观测过奥尔特云。据推测,奥尔特云的直径在100000个天文单位左右,或者说是1.87光年的范围,可能达到2光年(甚至有科学家认为奥尔特云直径有3.2光年)。也就是说,从地球出发的探测器,要飞出去差不多1光年的距离,才会到达太阳系的边缘——这个边缘,是太阳引力的极限,也是太阳系真正的边界。

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