太陽系的邊緣到底在哪兒?答案讓人挺沮喪的

我們的生活在地球上,地球是太陽系從裡到外的第三顆行星。自從人類有了文明以來,人類一直在觀察着宇宙,觀察着這個星空。進入現代文明以來,科技突飛猛進,尤其是近30年以來,天文科學的發展達到了新的高度。

我們對宇宙的認知發生了爆炸性的增長,我們在銀河系中發現了數十億顆恆星,在宇宙中發現了數十億個新的星系,我們也見識了黑洞噴射出宇宙噴流,看到了壯觀的超新星……

然而,天文學家們發現,我們對自己的太陽繫世界卻知之甚少。當我們研究宇宙時,我們就身處於太陽系,所以這是我們最應該了解的。

但事實證明,我們才剛剛開始了解我們的太陽系,而且更讓人驚訝的是,我們並不真正了解它的範圍,它到底有多大?

以前我們一直說,太陽系有九大行星,冥王星是最遠的行星,那個就是太陽的最邊緣的地方,然而結果我們發現完全都錯了,如果你認為太陽系邊緣就在那些海王星和冥王星所在的地方,就大錯特錯了!

冥王星所在區域,是一個非常廣袤的區域。在這個區域的外圍,如果你在那邊看太陽,你會發現,太陽有可能會被誤認為是另一顆恆星。

在太陽系的這個黑暗區域里,有巨大的東西潛伏着,它們的存在只能通過一些誤入太陽系內部的星體,才能被證實。

這些星體就是彗星。現在科學家們認為,這些彗星來自海王星軌道之外的一個神秘圓盤——柯伊伯帶。

太陽系的邊緣到底在哪兒?答案讓人挺沮喪的

科伊伯帶示意圖

這個區域的天體,很難被觀察到。試想一下,觀察的物體可能只有100多公里寬,但它們有幾十億英里遠。也許有人會問,我們可以看到幾百或幾千光年遠的恆星,為什麼柯伊伯帶的彗星卻很難發現?

這是因為,那些恆星都是發光體,而我們要觀察的這個100多公里寬的彗星,它本身並不會發光,而且更加要命的是,它們還很黑。這就是為什麼要找到這些東西是非常困難的原因了。

柯伊伯帶的物體大多是由冰製成的,但它們不會像冰山那樣閃閃發光,它們比瀝青和焦油都黑!

之所以它們會這麼黑,是因為,它們的表面被太陽“烤熟”了。

我們現在知道彗星有很多有機分子,也就是說有碳的分子,當這些東西被紫外線和宇宙射線照射時,它們會燒焦變黑,所以就像你吃了一塊肉,放在烤肉架上太久后,肉就被燒焦了。

彗星也是這樣,彗星和其他柯伊伯帶天體,由於它們的黑色塗層,融入了黑暗的太空背景,所以我們很難看到它們。如果要觀察那麼小的一個東西是非常困難的,甚至沒有人認為能做得到。

1986年,來自夏威夷莫納凱亞天文台的天文學家們證明他們都錯了。他們在柯伊伯帶發現了山一樣大小的黑色冰塊。

一夜之間科學家們將太陽系的直徑擴大了一倍。柯伊伯帶距離太陽的距離,是地球軌道的50倍,就像一個巨大的戒指。

柯伊伯帶中的物質實際上是行星的剩餘組成部分,這些物質本應該形成更大的行星,比如地球或木星。

但這些物質在成為行星的道路上掉隊了,它們就這樣被遺留了下來,變成一小塊一小塊的物質。

【可憐的冥王星】

柯伊伯帶的發現立即使我們太陽系的規模發生了膨脹,但卻削弱了一個成員的地位,因為柯伊伯帶上的一些天體比我們最小的行星還要大,比如“鬩神星”。

冥王星行星的地位遭到了挑戰,而且柯伊伯帶被發現的天體越來越多,如果發現更大的天體,難道都叫太陽系的大行星?

一直有行星被發現,行星隊伍難道一直增加,這顯然是不行的。

因此在2006年,行星被重新定義,就這樣冥王星降級了,成為了矮行星。

現在行星的定義是:環繞太陽(恆星)運行的天體,它們有足夠大的質量使自身因為引力而成為圓球體,並且能清除鄰近的小天體。

未能清除軌道內小天體的則被納入一個新創的分類,稱做矮行星。事實上,我們已經在柯伊伯帶發現了好幾顆矮行星了。關於矮行星,筆者會專門對其進行講述。

有趣的是,因為冥王星降級為矮行星,當時有些人進行遊行抗議,說不能歧視“冥王星”。

太陽系的邊緣到底在哪兒?答案讓人挺沮喪的
美國時間9月1日,新墨西哥州大學的“為冥王星抗議”的遊行隊伍,最前排是冥王星發現者的兒子及其兒媳。

其實,這真的不是歧視冥王星,而是把它放在了合適的位置。好吧,無論怎麼說,現在我們的太陽系只有“八大行星”了。

【日光層】

柯伊伯帶的發現打開了太陽系的大門,但它只是一個開始。在更遠的地方發現的東西更為引人注目。

雖然柯伊伯帶距離太陽的距離非常遙遠,也非常巨大,但如果你認為柯伊伯帶的邊緣就是太陽系的邊緣,那你就太小看太陽系了。

在遠遠超出柯伊伯帶的地方,圍繞着太陽系的區域,太陽部屬了一個太陽風“盾牌”。你可知道,我們的太陽正在和銀河系中最大的槍支進行着一場宇宙戰爭,而且我們的生命取決於它的勝利。

宇宙中到處充滿着叫宇宙射線的致命輻射。宇宙射線本質上是亞原子粒子,如氦原子核、質子和電子。

它們以幾乎光速在太空中飛馳,它們可以穿越很長的距離,哪怕是幾十萬光年。最後它們會來到地球上,並擊中我們。

宇宙射線是從銀河系深處爆炸的恆星中射出來的,它們都是生命殺手。它們能撕裂電子,事實上它們可以改變細胞的化學結構,引起突變,它們最終會殺死我們。

如果地球在沒有任何保護的情況下,不斷地被宇宙射線擊中,那麼高等生命形式是否能夠生存還是個未知數。

但現在幾乎沒有什麼宇宙射線真正射向我們,因為1400萬公裡外,一個防護罩正在保護我們免受這種致命輻射的全面攻擊。

這個防護罩是由太陽提供的,太陽通過發射太陽風來對抗宇宙射線。它是一種超高速粒子流,我們很形象地稱它為“太陽風”。它的主要成份是氫,而且數量驚人,每秒數十億噸。

某些太陽風以每小時300多萬公里的速度高速傳播。它能產生相當大的衝擊力,我們在地球上沒有受到的衝擊,是因為地球的磁場使它偏轉。

太陽風不僅僅吹向地球,它不斷地向外太空傳播,吹過太陽系內所有的行星,它飛過木星、土星、天王星、海王星——並繼續前進穿過柯伊伯帶(55億公里),攜帶着太陽磁場在太陽系周圍形成了一個巨大的防禦屏障。我們稱之為日光層。

日光層可以形象地看作是太陽風在我們的太陽系周圍吹出一個氣泡。當宇宙射線射過來后,撞擊這個氣泡,大部分有害射線都被偏轉到了外太空中。沒有這個盾牌,高等生命恐怕就沒有機會在地球上進化了。

當然和自然界中的其他事物一樣,太陽風是也一把雙刃劍,它即會危害我們的地球,但也會保護我們免受來自銀河系物質的傷害。在宇宙中有太多的例子,你認為非常危險和有破壞性的東西,其實也在保護着你。

而太陽風就是這樣一種東西,這些來自太陽的高能粒子,最大的作用就是保護我們整個太陽系免受更危險的粒子的傷害。

當太陽系緩慢繞銀河系中心運行時,這些具有保護性的氣泡在塵埃和氣體中翻滾,就像是一艘劃過水面的船一樣在水面上翻滾。

太陽風猛烈地撞擊着太陽系外的物質,當這些物質進入到太陽系內時,它已經減速並停止了,成為了靜止的波浪。

【太陽風層頂】

當美國宇航局在1977年發射旅行者1號時,他們認為它可以工作5年。然而37年後,這個小小的太空探測器,仍在向我們發送令人難以置信的信息。

2012年8月,在距地球180億公里的地方,它離開了日光層,進入了完全神秘的太陽風層頂。這是太陽風能到達的最遠的地方,也是和星際空間的交界處。某種程度上,從這裡開始將接觸星際鄰居。

太陽系的邊緣到底在哪兒?答案讓人挺沮喪的

旅行者1號

太陽風層頂,這是我們幾乎一無所知的太陽系的區域。人類歷史上第一次有一個機器人探測器來到這個地方。

當這個經驗豐富的探測器回顧太陽系時,它給我們帶來了相當大的驚喜。天文學家曾認為,太陽圈的形狀有點像彗星,巨大的尾巴向後延伸數千億公里。

但是旅行者1號發現了一些新的和不尋常的東西,它絕對不是一個有着巨大尾巴的彗星形狀的球形,而是一個有兩個短尾巴的新月形狀。

太陽系的邊緣到底在哪兒?答案讓人挺沮喪的

太陽風層頂的形狀

我們可以從這裡開始,向前推進,開始深入了解太陽系周圍的區域。

旅行者號還發回了令人震驚的消息,關於太陽在非常邊緣區域的影響力,太陽風層頂可能不是一個清晰的屏障,沒有清晰邊緣,是一個非常不清晰的東西。它實際上是一個模糊的擴展區域,它有幾億英里寬。

就在這片區域中,旅行者號發現了一個真正奇怪的東西:一個巨大的磁氣泡球體。

當太陽的磁場在深空蕩漾時,它會扭曲和纏繞,這些磁力線縱橫交錯,重新連接,形成巨大的磁泡。

每個泡沫球/氣泡的直徑約為1.6億公里,非常巨大。那是從地球到太陽的距離。

沒有人知道這些磁泡的作用,但有可能這個宇宙氣泡膜是抵禦銀河輻射的第一道防線,有助於保護太陽系免受宇宙射線的衝擊。

【奧爾特雲】

那麼這裡是太陽系的盡頭了吧,然而並不,仍然有一些物質在引力作用下與我們的太陽系相連接。

每隔一段時間,這些物體之中就有一個落向太陽系內部,有時地球會擋住去路。

在太陽系的外圍深處,遠遠超出太陽風的範圍的地方,有一個非常巨大的球狀雲,包裹着整個太陽系,科學家稱之為“奧爾特雲”。

太陽系的邊緣到底在哪兒?答案讓人挺沮喪的

奧爾特雲示意圖

這個地方,對於科學家而言,科學家們簡直就像是個瞎子。即使是最強大的望遠鏡,也無法分辨黑暗中隱藏的東西。

然而,科學家們之所以確信有這麼一個球狀雲存在,是因為,不時地會有像山一樣大小的岩石從遠處出現,它們是可能危及生命的流浪者——長周期彗星。

彗星基本上分為兩種,一種叫做短周期的彗星;另一種叫做長周期的彗星。

短周期彗星來自柯伊伯帶,它們以相對較小的圓圈繞太陽系運行,以200年或更短的時間間隔定期返回。

長周期彗星就很神秘了,可能每了隔一千年,甚至一百萬年回來一次,並且不像短周期彗星那樣以比較圓的軌道形式出現。

長周期彗星以真正的俯衝軌道出現,並且從各個不同的方向從各個地方出現。這些彗星,可能需要數千年才能從太陽系邊緣到達我們這裡。

當到太陽系行星內圈時,他們已經加快了很多速度。當這些物體接近太陽時,它們的速度可以達到每秒160公里。可以想象一下,某物下落的時間越長,下落的速度也就越快。

對於這些彗星而言,太陽系就是一個重力井,而太陽就在一個深重力井的底部。如果一個滑冰者從滑道的頂部開始滑,一開始速度很慢,但是當他到達底部時,速度就會變得非常快。

這些長周期彗星也是一樣。這些長周期彗星就是從遙遠的奧爾特雲里飛入太陽系內部的。

計算表明,奧爾特雲中有2萬億個冰體,這些冰體遠遠超出了太陽風層頂。很難知道奧爾特雲到底延伸了多遠,它的邊緣離太陽的距離可能是地球的10000倍,比太陽系的行星範圍大得多,如果你把所有的行星都從太陽系移除,奧爾特雲甚至都不會注意到。

奧爾特雲里的這些物體,其實都是從未被使用過的行星碎片,它們真是殘存物。是由那些嘗試成為巨大的行星時的氣體雲形成的,很不幸,它們失敗了。它們被拋向了所有不同的方向。

要解釋奧爾特雲的形成,我們就要回到太陽系剛形成的時候。

46億年前太陽點燃了,一團塵埃和氣體圍繞着這顆新生的恆星。然後,引力開始吸入氣體、塵埃、冰和岩石形成新生的行星。那些沒有形成行星的岩石和冰塊,隨着時間的推移而聚集在一起,分佈在小行星帶和柯伊伯帶中。

然後海王星和天王星會把這些碎片撒得更遠,其中一些會在行星周圍被彈弓效應拉扯,然後被扔進太空。它們中的大多數永遠被扔出了太陽系,但是那些沒有被扔出的,就進入了長期的,百萬年循環的軌道里。

那就是奧爾特雲,這裡的彗星是太陽系形成的恐龍骨骼,它們包含了構成我們星球的成分。

它們是45億年前太陽系的時間膠囊。大部分奧爾特雲物體將永遠停留在這片冰冷的雲中,繞着遙遠的太陽運行。

但也有一些被推開了,太陽的引力把它們像飛蛾一樣拉向火焰。如果這樣一顆彗星能悄悄靠近你,你甚至不會知道它在那裡。

這些彗星的直徑可能有很多英里寬,而且它們的移動速度非常快,這讓它們很危險。至於有多危險?可以問問恐龍。6600萬年前的那顆讓恐龍滅絕的彗星就是從奧爾特雲飛來並撞擊地球的。

如果一顆直徑為30或50英里的彗星撞擊地球,那將是一個全球性的災難事件。所以如果更好地理解奧爾特雲,可以幫助我們預測其中一顆彗星是否在途中。

【太陽系的邊緣到底在哪裡】

由於我們的望遠鏡基本上看不到奧爾特雲,所以奧爾特雲到底有多大?以及這個雲里到底有多少天體?是否還有行星級別的天體?這些都是未解之謎。

所以我們仍然不知道太陽系的盡頭。在找到邊緣之前,你怎麼知道你擁有整個太陽系?

但也許最大的謎團是,我們的太陽系是以一顆中等大小的恆星為中心,其外圍似乎包含了太多的天體。

這就增加了這樣一種可能性,即這些冰塊中的許多天體可能是來自銀河系其他地方。

理論上,我們可以計算太陽系本身形成時應該形成多少彗星。然後再看看從奧爾特雲中進入的彗星數量,試着找出到底有多少彗星。結果這兩個數字相差很遠,與太陽一起形成的數量遠小於我們推測的彗星數量。奧爾特雲中的物質太多了,根本不是一顆中等大小的恆星所能擁有的。

所以科學家們認為,太陽年輕時候是個“小偷”。50億年前,一顆超新星爆炸。巨大的塵埃和氣體雲受到了爆炸的衝擊波,壓縮了雲層,形成了稠密的氣體區域。一個恆星託兒所形成了。

數以百計的氣團在自身引力作用下崩塌,產生了數以百計的兄弟恆星。所以此時我們的太陽有很多的兄弟姐妹,大約有400-500顆其他兄弟姐妹恆星。

你能想象這些恆星的形成后,它們之間的距離相比非常小。但是它們自己的彗星雲又非常大,所以有可能互相偷取彗星。

好吧,太陽很聰明,它早早地走開了,它從其他恆星那裡得到了一堆彗星,然後就自己溜走了,於是奧爾特雲中就有了很多其他兄弟姐妹恆星的彗星。

由於奧爾特雲非常巨大,很有可能它會與半人馬座阿爾法星周圍的奧爾特雲相互作用,所以很難知道我們的太陽系在哪裡結束,而其他的恆星是從哪裡開始。

我們人類喜歡清晰的邊緣,然而太陽系不是那樣的。它只是逐漸消失,然後融入了整個星系。太陽並不孤獨,我們的奧特雲也不孤獨,我們不斷地相互作用,以這種方式使我們與銀河系更大的環境相連。

也許這片人跡罕至的地方可以幫助我們去星際旅行。因為在太陽系的盡頭,我們可能會找到踏腳石,作為新的星際旅行的發射台,而且這裡有很多資源,當我們經過的時候,也許能補充我們的飛船。

也許像奧爾特雲這樣遙遠而脆弱的東西,將是我們真正探索銀河系的下一個起點。

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