星辰大海之旅（73）太阳系D

五、星系关联——太阳系的位置有何重要？

太阳系位于银河系内。银河系是一个直径10，0000光年的星系，拥有超过二千亿颗的恒星，它是个棒旋星系，而非漩涡星系。我们的太阳位居银河外围的一条旋臂上，称为猎户臂或本地臂。太阳距离银心2，5000至2，8000光年，在银河系内的速度大约是220公里/秒，因此环绕银河公转一圈需要2亿2千5百万至2亿5千万年，这个公转周期称为银河年。

太阳系在银河中的位置是地球上能发展出生命的一个很重要的因素。它的轨道非常接近圆形，并且和旋臂保持大致相同的速度，这意味着它相对旋臂是几乎不动的。因为旋臂远离了有潜在危险的超新星密集区域，使得地球长期处在稳定的环境之中得以发展出生命。

太阳系也远离了银河系恒星拥挤群聚的中心。接近中心之处，邻近恒星强大的引力对奥尔特云产生的扰动会将大量的彗星送入内太阳系，导致与地球的碰撞而危害到在发展中的生命。银河中心强烈的辐射线也会干扰到复杂的生命发展。

即使在太阳系所在的位置，有些科学家也认为，在35000年前曾经穿越过超新星爆炸所抛射出来的碎屑，朝向太阳而来的有强烈的辐射线，以及小如尘埃、大至类似彗星的各种天体，曾经危及到地球上的生命。

太阳向点（apex）是太阳在星际空间中运动所对着的方向，靠近武仙座接近明亮的织女星的方向上。

六、邻近的区域——离太阳10光年内的区域

太阳系所在的位置是银河系中恒星疏疏落落，被称为本星际云的区域。这是一个形状像沙漏，气体密集而恒星稀少，直径大约300光年的星际介质，称为本星系泡的区域。这个气泡充满的高温等离子，被认为是由最近的一些超新星爆炸产生的。

在距离太阳10光年（94.6万亿公里）内只有少数几颗的恒星，最靠近的是距离4.3光年的三合星，半人马座α。半人马座α的A与B是靠得很近且与太阳相似的恒星，而C是一颗小的红矮星，也称为半人马座比邻星，以0.2光年的距离环绕着这一对双星。

接下来是距离6光年远的巴纳德星、7.8光年的沃夫359、8.3光年的拉兰德21185。在10光年的距离内最大的恒星是距离8.6光年的一颗蓝巨星——天狼星，它质量约为太阳的2倍，有一颗白矮星（天狼B星）绕着其公转。

在10光年范围内，还有距离8.7光年，由两颗红矮星组成的鲸鱼座UV；和距离9.7光年，孤零零的红矮星罗斯154。与太阳相似且最接近我们的单独恒星是距离11.9光年的鲸鱼座τ，质量约为太阳的80%，但光度只有60%。

七、发现探测

数千年以来直到17世纪的人类，除了少数几个例外，都不相信太阳系的存在，认为地球固定在宇宙的中心不动。在14世纪和以后的几个世纪内，欧洲发生了非常大的变革，并伴随重大发现的出现。其中有三个最突出，即社会制度上向资本主义过渡；文艺复兴运动；新航线和新大陆的发现。哥白尼坚持几十年如一日地观测天象，认识到所有行星应当有一个共同旋转的中心，这个中心不是地球，而是太阳。经由伽利略、开普勒和牛顿等的带领下，人们才逐渐接受地球不仅会移动，还绕着太阳公转的事实；行星由和支配地球一样的物理定律支配着，有着和地球一样的物质与现象：火山口、天气、地质、季节和极冠。

最靠近地球的五颗行星，水星、金星、火星、木星和土星，是天空中最明亮的五颗天体，在古希腊被称为行星，意思是漫游者，已经被知道会在以恒星为背景的天球上移动，这就是这个名词的由来。

（1）观测

太阳系的第一次探测是由望远镜开启的，始于天文学家首度开始绘制这些因光度暗淡而肉眼看不见的天体之际。

伽利略是第一位发现太阳系天体细节的天文学家。他发现月球的火山口，太阳的表面有黑子，木星有4颗卫星环绕着。惠更斯追随着伽利略的发现，发现土星的卫星泰坦和土星环的形状。后继的卡西尼发现了4颗土星的卫星，还有土星环的卡西尼缝、木星的大红斑。

1705年，爱德蒙·哈雷认识到在1682年出现的彗星，实际上是每隔75-76年就会重复出现的一颗彗星，称为哈雷彗星。这是除了行星之外的天体会围绕太阳公转的第一个证据。

1781年，威廉·赫歇尔在观察一颗它认为的新彗星时，在金牛座发现了联星。事实上，它的轨道显示是一颗行星，天王星，这是第一颗被发现的行星。

1801年，朱塞普·皮亚齐发现谷神星，这是位于火星和木星轨道之间的一个小世界，而一开始他被当成一颗行星。然而，接踵而来的发现使在这个区域内的小天体多达数以万计，导致他们被重新归类为小行星。

到了1846年，天王星轨道的误差导致许多人怀疑是不是有另一颗大行星在远处对他施力。埃班·勒维耶的计算最终导致了海王星的发现。在1859年，因为水星轨道近日点有一些牛顿力学无法解释的微小运动（“水星近日点进动”），因而有人假设有一颗水内行星祝融星（中文常译为“火神星”）存在；但这一运动最终被证明可以用广义相对论来解释，但某些天文学家仍未放弃对“水内行星”的探寻。

为解释外行星轨道明显的偏差，帕西瓦尔·罗威尔认为在其外必然还有一颗行星存在，并称之为X行星。在他过世后，它的罗威尔天文台继续搜寻的工作，终于在1930年由汤博发现了冥王星。但是，冥王星是如此的小，实在不足以影响行星的轨道，因此它的发现纯属巧合。就像谷神星，他最初也被当作行星，但是在邻近的区域内发现了许多大小相近的天体，因此在2006年冥王星被国际天文学联会重新分类为矮行星。

在1992年，夏威夷大学的天文学家大卫·朱维特和麻省理工学院的珍妮·卢发现1992 QB1，被证明是一个冰冷的、类似小行星带的新族群，也就是我们所知的柯伊伯带，冥王星和卡戎都被是其中的成员。

米高·布朗、乍德·特鲁希略和大卫·拉比诺维茨在2005年宣布发现的阋神星是比冥王星大的离散盘上天体，是在海王星之后绕行太阳的最大天体。

（2）太空船的观测

自从进入太空时代，许多的探测都是各国的太空机构所组织和执行的无人太空船探测任务。太阳系内所有的行星都已经被由地球发射的太空船探访，进行了不同程度的各种研究。虽然都是无人的任务，人类还是能观看到所有行星表面近距离的照片，在有登陆艇的情况下，还进行了对土壤和大气的一些实验。

第一个进入太空的人造天体是前苏联在1957年发射的史泼尼克一号，成功的环绕地球一年之久。美国在1959年发射的先驱者6号，是第一个从太空中送回影像的人造卫星。

第一个成功的飞越过太阳系内其他天体的是月球1号，在1959年飞越了月球。最初是打算撞击月球的，但却错过了目标成为第一个环绕太阳的人造物体。水手2号是第一个环绕其他行星的人造物体，在1962年绕行金星。第一颗成功环绕火星的是1964年的水手4号。直到1974年才有水手10号前往水星。

探测外行星的第一艘太空船是先驱者10号，在1973年飞越木星。在1979年，先驱者11号成为第一艘拜访土星的太空船。旅行者计划在1977年先后发射了两艘太空船进行外行星的大巡航，在1979年探访了木星，1980和1981年先后访视了土星。旅行者2号继续在1986年接近天王星和在1989年接近海王星。 旅行者太空船已经远离海王星轨道外，在发现和研究终端震波、日鞘和日球层顶的路径上继续前进。依据NASA的资料，两艘旅行者太空船已经在距离太阳大约93天文单位处接触到终端震波。

还没有太空船曾经造访过柯伊伯带天体。而在2006年1月19日发射的新视野号将成为第一艘探测这个区域的人造太空船。这艘无人太空船预计在2015年飞越冥王星。如果这被证明是可行的，任务将会扩大以继续观察一些柯伊伯带的其他天体。

在1966年，月球成为除了地球之外第一个有人造卫星绕行的太阳系天体（月球10号），然后是火星在1971年（水手9号），金星在1975年（金星9号），木星在1995年（伽利略号，也在1991年首先飞掠过小Gaspra），爱神星在2000年（会合-舒梅克号），和土星在2004年（卡西尼号-惠更斯号）。信使号太空船正在前往水星的途中，预计在2011年开始第一次绕行水星的轨道；同一时间，黎明号太空船将设定轨道在2011年环绕灶神星，并在2015年探索谷神星。

第一个在太阳系其它天体登陆的计划是前苏联在1959年都登陆月球的月球2号。从此以后，抵达越来越遥远的行星，在1966年计划登陆或撞击金星（金星3号），1971年到火星（火星3号），但直到1976年才有维京1号成功登陆火星，2001年登陆爱神星（会合-舒梅克号），和2005年登陆土星的卫星泰坦（惠更斯号）。伽利略太空船也在1995年抛下一个探测器进入木星的大气层；由于木星没有固体的表面，这个探测器在下降的过程中被逐渐增高的温度和压力摧毁掉。

（3）载人探测

尤里·加加林，于1961年4月12日搭乘东方一号升空。第一个在地球之外的天体上漫步的是尼尔·阿姆斯特朗，它是在1969年的太阳神11号任务中，于7月21日在月球上完成的。美国的航天飞机是唯一能够重复使用的太空船，并已完成许多次的任务。在轨道上的第一个太空站是NASA的“太空实验室”，可以有多位乘员，在1973年至1974年间成功的同时乘载着三位太空人。第一个真正能让人类在太空中生活的是前苏联的和平号空间站，从1989年至1999年在轨道上持续运作了将近十年。它在2001年退役，后继的国际空间站也从那时继续维系人类在太空中的生活。在2004年，太空船1号成为在私人的基金资助下第一个进入次轨道的太空船。同年，美国前总统乔治·布什宣布太空探测的远景规划：替换老旧的航天飞机、重返月球、甚至载人前往火星。

八、其他研究

1、研究太阳系

对太阳系的长期研究，分化出了这样几门学科：

（1）太阳系化学：空间化学的一个重要分科，研究太阳系诸天体的化学组成（包括物质来源、元素与同位素丰度）和物理-化学性质以及年代学和化学演化问题。太阳系化学与太阳系起源有密切关系。

（2）太阳系物理学：研究太阳系的行星、卫星、小行星、彗星、流星以及行星际物质的物理特性、化学组成和宇宙环境的学科。

（3）太阳系内的引力定律：太阳系内各天体之间引力相互作用所遵循的规律。

（4）太阳系稳定性问题：天体演化学和天体力学的基本问题之一。

2、其他行星系

虽然学者同意另外还有其他和太阳系相似的天体系统，但直到1992年才发现别的行星系。至今已发现几百个行星系，但是详细材料还是很少。这些行星系的发现是依靠多普勒效应，通过观测恒星光谱的周期性变化，分析恒星运动速度的变化情况，并据此推断是否有行星存在，并且可以计算行星的质量和轨道。应用这项技术只能发现木星级的大行星，像地球大小的行星就找不到了。

此外，关于类似太阳系的天体系统的研究的另一个目的是探索其他星球上是否也存在着生命。

太空船探测：

卫星探测：

载人探测：

【注释】

（1）太阳向点：太阳向点是太阳在星际空间中运动时按本地静止标准(LSR)所对着的方向。太阳向点的大致方向是武仙座附近的织女一西南向。太阳向太阳向点运动的速度是19.5千米/秒。武仙座(Hercules)北天星座之一。

（2）本星际云：太阳系所在的位置。本星际云是太阳系正运行在其中的星际云，大约30光年大小。太阳系至少在大约4，4000年和15万年前进入其中，并且还会继续在里面运行一万至二万年，甚至更久。这个云气的温度是6000℃，与太阳表面的温度相似。它非常稀薄，每立方厘米只有0.26个原子，大约是银河系内星际物质密度的五分之一，本星系泡密度的两倍。相较之下，地球大气层每立方厘米有2.7 × 10分子。本星际云所在之处，太阳和其他少数几颗恒星位于此处，包括著名的太阳系外的恒星系半人马座α、织女星、大角星和北落师门。

（3）本星系泡：本星系泡是在我们的银河系猎户臂内的星际物质中间的空洞，它跨越的范围至少有300光年。这个炙热的本星系泡扩散气体辐射出X射线，单位体积内所含有的中性氢只有正常值的十分之一。太阳系已经在这个气泡内至少旅行了300万年。

（4）星际介质：星际介质是恒星之间的区域含有的大量弥漫气体云和微小固态粒子。在我们地球所在的银河系的星际介质中的上述细微物质约占银河系总质量的5%。

（5）三合星：三合星是指三颗恒星组成的聚星系统，这三颗恒星以引力互相维系，很多时候光度相差很大。现时物理学上还未有准确方法去计算三合星体系的引力关系。

三星系统是指有三颗恒星组成的恒星系统，一般是由一对双星和另一颗距离较远的星组成的一个双星系统，也就是两层双星系统的叠套。这三颗恒星的距离相对于其他恒星很远，因此三星系统受其他星体引力影响通常忽略不计。

（6）半人马座α星，星官命名为南门二，位于天空南方的半人马座，是一颗三合星系统，是距离太阳最近的恒星系统。其中两颗恒星为双星系统，肉眼无法分辨。半人马座α星A与半人马座α星B是一对双星，距离太阳为4.24光年。第3个成员半马座α星C是一颗红矮星，也称为比邻星，比邻星通常被认为这个恒星系的一部分，距离太阳只有4.24光年，是已知最接近太阳的一颗恒星。

（7）巴纳德星是一颗质量非常小的红矮星，位在蛇夫座β星附近，蛇夫座66星的西北侧，距离地球仅约6光年远。

（8）沃尔夫359： 这颗恒星在1917年首度被德国天文学家马克斯·沃夫测量出来，并在他的星表中编为359号星。

（9）拉兰德21185：拉兰德21185(Lalande 21185)是一颗红矮星，位于大熊座，与太阳系距离8.21光年。

（10）鲸鱼座UV：鲁坦726-8是最接近地球的联星恒星系统，是鲸鱼座最靠近的恒星，其中的一颗成员是著名的闪光星鲸鱼座UV(鲁坦726-8 B)。

（11）1992 QB1：小行星(15760) 1992 QB1是继冥王星与查龙之后，被发现的第一颗外海王星天体。在1992年发现之后，已经成为古柏带中主要类别类QB1天体的代表。

人类发现了冥王星的一颗卫星，取名查龙，通常称为冥卫一。

（12）史泼尼克一号：苏联在1957年10月4日发射的世界第一颗人造地球卫星。(Спутник-1，也译作伴侣号)。卫星的主要探测项目包括测量200~500千米高度的大气密度、压力、磁场、紫外线和X射线等数据。

（13）先驱者6：先驱者6、7、8、9号是一系列功能、任务相近的宇宙探测器。它们的作用都是研究太阳风中的阳离子与电子——行星间的电子密度(无线电传播试验)、太阳能和银河宇宙射线、行星际磁场。它们通过自转保持稳定，转速为每分钟60圈，自旋轴垂直于黄道平面，并指出大约向南黄极。他的主要天线是一个高增益定向天线，根据地面的指令，可以按照512、256、64、16、8bps这五种速率进行数据传输。

（14）会合-舒梅克号：会合-舒梅克号是美国国家航空航天局的探测卫星，计划主要是研究爱神星的构造，也是第1艘登陆小行星的探测器。