当我们匆匆走出家门,很少会去注意四周路过千万次的街景:树木、店铺、停泊的车辆、对面的学校。太阳系就是地球所在的街区,我们对它似乎已经熟悉到视若寻常,但若真要细想起来,却很可能发现其实所知甚少。这个系列,就是想和大家一起放慢脚步,抬起头来,稍稍了解下这个我们人类不久前才刚刚丈量出边缘所在的壮丽舞台。
我们先来了解下太阳系的定义及主要组成部分。
太阳系,从天文学概念来说,是一个“行星系统”。而“行星系统”是指一个围绕某恒星公转的各种天体的集合。
太阳系这个行星系统之上,是一个更大的系统,也就是我们常说的“银河系”。无论是质量还是所占的空间,太阳系放在银河系当中,都可以算是沧海一粟。银河系像是一个圆盘,太阳系距离其中心约有26000光年,算是一个既不居中、也不算在圆盘边缘的位置。太阳系围绕着银河系的中心运动,一个周期大约需要2亿3千万年的时间。
太阳系这个行星系统里,截止2020年初,已知的主要天体包括以下这些:
- 一颗恒星
- 八颗行星
- 五颗矮行星
- 近百万个小行星
- 数千个彗星,以及
- 两百多个卫星(这里指的是自然卫星,而不包括人造卫星)
上面提到的行星、矮行星、小行星和彗星,都环绕太阳运行。而卫星则是环绕某颗非恒星天体。顺便提一句,行星、矮行星的英文分别为planets和dwarf planets,而小行星是asteroids,不过它还有另外一个说法,是minor planets。minor一词在别的语境下有“未成年”的意思,而“未成年人”和“成年人”相比,在社会地位和法律权利上是截然不同的。所以在熟悉英语语境的人看来,他们能很自然地理解,矮行星,在等级上,其实是更接近于行星的天体,正如提利昂·兰尼斯特相对于琼恩·雪诺,只是身形小一些而已,而小行星则不可与这两者相提并论。这样来想,也许有利于我们理解矮行星和小行星的命名逻辑。
太阳系的中心,是我们称之为“太阳”的恒星。它是整个太阳系、当之无愧的主宰,其质量占有太阳系总体质量的99.86%。整个太阳系的形成与存续,正是依赖它的引力的约束。我们的地球和月亮组成的这个地月系统的质量中心到太阳质心的距离,大约是1.5亿千米。天文学上的所定义的一个“天文单位”,也近似等于这个值,缩写为1AU。
从太阳出发,我们依次可以找到水星、金星、地球、和火星,统称为“内行星”。这四颗行星,都是以硅酸盐岩石为主要成分,故而又被称为“岩石行星”,;加上它们与地球相似(或者就是地球本身),所以一般也称为“类地行星”。
火星的轨道之外,可以看到一圈小行星密集的区域,我们称之为“主小行星带”。太阳系中的绝大多数小行星都位于这个区域。这一区域里还包括离太阳最近的第一颗矮行星——谷神星。其他的四颗矮行星都位于海王星的轨道之外。小行星带的绝大多数天体体量都非常小,最甚者微若尘埃,其内所有天体质量的总和也小于月球的质量,可见这个区域的有多么地空旷。
天文学上,把四颗类地行星的区域和主小行星带合称为“内太阳系”。
主小行星带往外,依次是木星、土星、天王星和海王星,统称为“外行星”,它们也构成了太阳系的第二个分区:“外太阳系”。从质量上来看,这四颗行星远远大于内行星,实际上,它们的质量占到所有已知的绕日天体质量总和的99%。另外,它们离太阳非常遥远,其中最近的木星离太阳中心的平均距离大概是5.2AU,因此温度很低,很多挥发性的物质得以被凝结吸积,所以外行星的密度相对于内行星更小,从而在体积上,外行星对于内行星来说,更是庞然大物。体积最大的木星,直径是地球的11倍,如果把木星比作一个篮球,那么地球就只相当于一颗葡萄了。
海王星到太阳中心点的平均距离大约是30.1AU。这之外的天体,被称为“海王星外天体”。其中最著名的就是在2006被降格为矮行星的冥王星(它距离日心的平均距离大约为39.3AU),其他三颗矮行星也位于这个区域。其他数以千计的天体几乎全是冰与岩石构成的小行星——最大的直径不到地球的五分之一,且质量远小于月球。这一区域也被认为是很多短周期彗星的来源。
那么,太阳系的边界究竟在哪里呢?
我们都知道太阳向外辐射等离子体,叫做太阳风。太阳风影响的范围,叫做日球,也称为太阳圈,其边缘,也就是太阳风和星际物质的压力达到平衡的位置,叫做日球层顶,可以视作太阳系的一种边界。据NASA宣布,2012年9月12日,其空间探测器“旅行者1号”已经穿过太阳圈,成为第一个进入星际空间的人造物。当时它离太阳中心的距离约为121个天文单位。朝另一个方向进发的旅行者2号,在2018年11月,距离太阳大约119个天文单位时,成为第二个进入星际空间的人造物。这说明太阳圈的形状是不规则的,而且其半径为冥王星平均距日距离的若干倍。
另一方面,太阳引力所主导的范围,成为太阳的希尔球,其边缘相比日球顶层还要向外延伸1000倍。有的天文学家猜想,在这个位置,存在一层由冰屑和岩屑组成球体云团,像是一层厚而不密的“蛋壳”包裹着太阳系,称为奥尔特云。它的外边缘距离太阳大概10万AU,处于太阳和最近的恒星比邻星的中间。这是太阳系边界的另外一个提法。
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